由于塑料产品的便利性、耐用性和低成本，它们在日常生活和生产中得到广泛应用。然而，由于缺乏适当的废物处理和回收方法，塑料在环境中的积累日益严重（Haward, 2018）。据预测，到2050年全球塑料产量将达到20亿吨（Jerie et al., 2024）。这些塑料在水生环境中会通过物理和化学作用分解成小颗粒（Derraik, 2002）。直径在1至5毫米之间的小颗粒被称为微塑料（MPs）（You et al., 2024）。它们已成为水生环境中最主要的塑料垃圾形式，微塑料污染引起了全球的广泛关注，因为它对水生生态系统构成了严重威胁（Blettler et al., 2018）。
微藻在地球水生生态系统中的碳固定和循环中起着关键作用。它们可以利用光能将二氧化碳（CO2）转化为有机碳。先前的研究表明，微塑料的存在会影响微藻的生长、光合作用和基因表达，这可能与微塑料的大小（Parsai et al., 2022）、表面性质（Yan et al., 2024）、浓度（Abbasi et al., 2023）以及暴露时间（Liu et al., 2024a,b,c; Prata et al., 2019）有关。在培养期间，暴露于聚乙烯（PE）微塑料的微藻密度显著降低，最大抑制作用出现在微塑料浓度为175 mg/L时（Senousy et al., 2023）。类似地，也有研究报道高浓度的聚苯乙烯微塑料显著抑制了莱茵哈尔德氏绿藻（Chlamydomonas reinhardtii）的生长（Li et al., 2020）。聚苯乙烯微塑料的存在还导致光合活性显著下降，表现为所有测试浓度下的光合参数下降。这些发现表明微塑料可能对微藻的生长和光合作用产生不利影响（Davarpanah and Guilhermino, 2015）。然而，也有研究表明，即使在不同浓度下，微塑料的暴露也不一定会对微藻生长产生显著影响（Lagarde et al., 2016）。研究发现，粒径为400 μm的聚丙烯微塑料并未显著抑制微藻的生长。这表明微塑料对藻类生长的影响可能与其他因素有关，如塑料类型、特定微藻种类和环境条件，从而导致观察结果的差异。总体而言，关于微塑料对微藻生长过程中碳固定毒性的现有研究仍不充分，难以全面阐明其毒性机制。
除了微藻生物量外，微藻产生的溶解有机物（DOM）也是水中的一种碳固定形式。DOM包括碳水化合物、蛋白质、脂质及其降解产物（Magnano et al., 2023），同时也是微生物生长的底物和食物网的能量来源（Gendugov et al., 2013）。然而，微塑料对DOM产生的影响尚不明确。一些研究发现，微塑料刺激了微藻细胞外表面聚合物物质（EPS）的生成（Zhang et al., 2020），部分EPS可能脱落并转化为游离DOM。作为微生物防御机制的重要组成部分，EPS不仅保护细胞免受环境压力的影响，还参与碳的分配。由于微塑料可以降低浮游植物的初级生产率，它们也可能减少藻类产生的DOM量并改变其组成，包括其色素和荧光成分（Xiao et al., 2023b）。研究微塑料暴露下DOM的变化将有助于更清楚地了解微塑料对微藻碳固定能力的影响及其对水生生态系统的后续影响。尽管文献中已经详细记录了微塑料对微藻的生理毒性，但目前的研究往往忽略了碳固定的定量质量平衡，特别是生物量积累与DOM分泌之间的分配。在本研究中，我们假设PE和PVC微塑料会通过改变生物量碳固定和DOM分配、引起遮荫和氧化应激以及抑制卡尔文循环相关酶的表达来影响球形绿藻的碳固定能力。迄今为止，尚未有研究致力于了解微塑料对微藻碳固定综合影响的作用机制。
本研究的目的是探讨水中两种常见微塑料——PE和聚氯乙烯（PVC）微塑料对微藻生长期间碳固定能力的影响。此外，系统地研究了球形绿藻对不同微塑料浓度的生理反应，包括其细胞密度、光合系统、DOM特性和EPS含量。此外，结合细胞反应（如叶绿素含量和氧化应激）的转录组分析为理解相关机制提供了关键信息。这些发现将为微塑料在细胞和分子水平上影响微藻碳固定机制提供新的见解。
