水體富營(yíng)養化及全球氣候變化雙重脅迫下，全球范圍內淡水生態(tài)系統中藍藻水華暴發(fā)的頻率呈上升加劇的趨勢。其中，微囊藻水華尤為嚴重，易在夏季出現并在水面聚集。微囊藻在失去浮力后會(huì )下沉到沉積物-水界面，當細胞裂解時(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)物對底棲動(dòng)物優(yōu)勢種的潛在危害鮮有研究。中國科學(xué)院水生生物研究所湖泊修復生態(tài)學(xué)學(xué)科組研究人員以蒼白搖蚊 (Chironomus pallidivittatus)為研究對象，評價(jià)了微囊藻及其釋放溶解態(tài)毒素MC-LR對搖蚊的毒性作用及其機制。主要研究結果如下： 

　　（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(chóng)累積羽化率和筑巢能力，同時(shí)幼蟲(chóng)運動(dòng)能力（即運動(dòng)距離和速度）和成蟲(chóng)干重也顯著(zhù)下降。同時(shí)發(fā)現，銅綠微囊藻和惠氏微囊藻的混合喂養顯著(zhù)抑制了幼蟲(chóng)的運動(dòng)能力，提高了幼蟲(chóng)的死亡率，這可能是兩種微囊藻協(xié)同作用的結果（圖1）。該研究證實(shí)了有毒的銅綠微囊藻對搖蚊幼蟲(chóng)的行為和生活史特征產(chǎn)生明顯影響。 

　　（2）在上述研究基礎上，進(jìn)一步分析了溶解態(tài)微囊藻毒素（MCLR）對底棲無(wú)脊椎動(dòng)物搖蚊幼蟲(chóng)的急性與慢性毒性作用及其潛在的作用機制（圖2-4）。首先，在MC-LR較低濃度的暴露下，通過(guò)對C. pallidivittatus生活史性狀、腸道菌群和轉錄組進(jìn)行了分析，發(fā)現短期數十天內幼蟲(chóng)的體長(cháng)和濕重明顯降低（35.61%和21.92%，圖2），幼蟲(chóng)羽化時(shí)間延長(cháng)，腸內線(xiàn)粒體受損，氧化應激增強，脂質(zhì)代謝紊亂，谷胱甘肽s轉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(cháng)（圖3）。最后，通過(guò)轉錄組分析，發(fā)現MC-LR脅迫下對照組與實(shí)驗組有261個(gè)差異表達基因，MC-LR可通過(guò)刺激PPAR信號通路上調脂肪酸的生物合成和延伸引起搖蚊體內脂質(zhì)積累，導致脂質(zhì)代謝失調。此外，低濃度MC暴露誘導的解毒作用和抗氧化反應表明搖蚊幼蟲(chóng)具有潛在的MC-LR解毒能力（圖4）。 

　　這些研究結果將有助于了解有害藍藻水華及其釋放毒素對富營(yíng)養化湖泊底棲動(dòng)物優(yōu)勢種搖蚊幼蟲(chóng)的影響及作用機理，并有助于加深底棲動(dòng)物優(yōu)勢種的生態(tài)學(xué)意義的認識，為富營(yíng)養化湖泊的生態(tài)風(fēng)險評價(jià)提供理論指導。 

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

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

圖3: (a) MC-LR影響幼蟲(chóng)腸道菌群科水平上的多樣性。CK1-6和TA1-6分別為對照組和實(shí)驗組。(b)對照組和處理組的細菌屬相對豐度差異顯著(zhù)(P<0.05)。(c)主坐標分析(PCoA)圖

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

　　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，吳幸強青年研究員為通訊作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金面上、中德國際合作項目（No.31870450, 42061134013）、中國科學(xué)院青年創(chuàng )新促進(jìn)會(huì )項目（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.