水體富營(yíng)養(yǎng)化及全球氣候變化雙重脅迫下，全球范圍內(nèi)淡水生態(tài)系統(tǒng)中藍(lán)藻水華暴發(fā)的頻率呈上升加劇的趨勢(shì)。其中，微囊藻水華尤為嚴(yán)重，易在夏季出現(xiàn)并在水面聚集。微囊藻在失去浮力后會(huì)下沉到沉積物-水界面，當(dāng)細(xì)胞裂解時(shí)會(huì)釋放大量的微囊藻毒素(microcystin,MCs)。然而，目前微囊藻及其次生代謝產(chǎn)物對(duì)底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種的潛在危害鮮有研究。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所湖泊修復(fù)生態(tài)學(xué)學(xué)科組研究人員以蒼白搖蚊 (Chironomus pallidivittatus)為研究對(duì)象，評(píng)價(jià)了微囊藻及其釋放溶解態(tài)毒素MC-LR對(duì)搖蚊的毒性作用及其機(jī)制。主要研究結(jié)果如下： 

　　（1）與不產(chǎn)毒惠氏微囊藻相比，產(chǎn)毒銅綠微囊藻明顯抑制幼蟲累積羽化率和筑巢能力，同時(shí)幼蟲運(yùn)動(dòng)能力（即運(yùn)動(dòng)距離和速度）和成蟲干重也顯著下降。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，銅綠微囊藻和惠氏微囊藻的混合喂養(yǎng)顯著抑制了幼蟲的運(yùn)動(dòng)能力，提高了幼蟲的死亡率，這可能是兩種微囊藻協(xié)同作用的結(jié)果（圖1）。該研究證實(shí)了有毒的銅綠微囊藻對(duì)搖蚊幼蟲的行為和生活史特征產(chǎn)生明顯影響。 

　　（2）在上述研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析了溶解態(tài)微囊藻毒素（MCLR）對(duì)底棲無脊椎動(dòng)物搖蚊幼蟲的急性與慢性毒性作用及其潛在的作用機(jī)制（圖2-4）。首先，在MC-LR較低濃度的暴露下，通過對(duì)C. pallidivittatus生活史性狀、腸道菌群和轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)短期數(shù)十天內(nèi)幼蟲的體長(zhǎng)和濕重明顯降低（35.61%和21.92%，圖2），幼蟲羽化時(shí)間延長(zhǎng)，腸內(nèi)線粒體受損，氧化應(yīng)激增強(qiáng)，脂質(zhì)代謝紊亂，谷胱甘肽s轉(zhuǎn)移酶和超氧化物歧化酶分別升高了32.44%和17.41%。另外，也發(fā)現(xiàn)MC-LR改變了腸道菌群的多樣性和豐度，有利于致病菌和MC降解菌的生長(zhǎng)（圖3）。最后，通過轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)MC-LR脅迫下對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組有261個(gè)差異表達(dá)基因，MC-LR可通過刺激PPAR信號(hào)通路上調(diào)脂肪酸的生物合成和延伸引起搖蚊體內(nèi)脂質(zhì)積累，導(dǎo)致脂質(zhì)代謝失調(diào)。此外，低濃度MC暴露誘導(dǎo)的解毒作用和抗氧化反應(yīng)表明搖蚊幼蟲具有潛在的MC-LR解毒能力（圖4）。 

　　這些研究結(jié)果將有助于了解有害藍(lán)藻水華及其釋放毒素對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化湖泊底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種搖蚊幼蟲的影響及作用機(jī)理，并有助于加深底棲動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種的生態(tài)學(xué)意義的認(rèn)識(shí)，為富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供理論指導(dǎo)。 

圖1：產(chǎn)毒和不產(chǎn)毒的微囊藻對(duì)搖蚊幼蟲的行為和生活史的影響

圖2：MC-LR對(duì)C. pallidivittatus發(fā)育和生活史性狀的影響：(a)濕重(mg;平均±SD)，(b)體長(zhǎng)(mm;平均±SD)，(c)累計(jì)羽化率（%），(d)成蟲干重(mg;平均±SD)，(e)性別比例。星號(hào)表示顯著性差異(P <0.05)

圖3: (a) MC-LR影響幼蟲腸道菌群科水平上的多樣性。CK1-6和TA1-6分別為對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組。(b)對(duì)照組和處理組的細(xì)菌屬相對(duì)豐度差異顯著(P<0.05)。(c)主坐標(biāo)分析(PCoA)圖

圖4: MC-LR脅迫下蒼白搖蚊脂質(zhì)積累、細(xì)胞凋亡和解毒的潛在機(jī)制的機(jī)理示意圖

　　上述研究成果分別發(fā)表于Science of The Total Environment和Environmental Pollution。水生所湖泊修復(fù)生態(tài)學(xué)學(xué)科組蔡圣何博士為該研究第一作者，吳幸強(qiáng)青年研究員為通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上、中德國(guó)際合作項(xiàng)目（No.31870450, 42061134013）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目（No. 2018373）等共同資助。 

　　論文信息如下： 

　　1. Cai, Shenghe, Yilin Shu, Cuicui Tian, Chunbo Wang, Tao Fang, Bangding Xiao, and Xingqiang Wu. "Effects of Chronic Exposure to Microcystin-Lr on Life-History Traits, Intestinal Microbiota and Transcriptomic Responses in Chironomus Pallidivittatus." Science of The Total Environment 823 (2022/06/01/ 2022): 153624. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.153624. 

　　2. Cai, Shenghe, Yunlu Jia, Oscar Omondi Donde, Zhi Wang, Junqian Zhang, Tao Fang, Bangding Xiao, and Xingqiang Wu. "Effects of Microcystin-Producing and Non-Microcystin-Producing Microcystis on the Behavior and Life History Traits of Chironomus Pallidivittatus." Environmental Pollution 287 (2021/10/15/ 2021): 117613. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117613.