微囊藻毒素（Microcystins, MCs）已成為淡水有害藍(lán)藻水華的主要危害之一。MCs作為真核生物蛋白磷酸酶1和2A的特異性抑制劑，在直接對不同水生生物造成危害的同時，還可通過食物鏈威脅相關(guān)生物以及人類的生命財產(chǎn)安全。高等水生植物是水生生態(tài)系統(tǒng)中的重要組成部分，先前已有報到涉及MCs對水生植物相關(guān)生理指標(biāo)負(fù)面影響的研究，但大部分實驗設(shè)置的MCs濃度水平往往遠(yuǎn)高于自然水體中MCs的實際濃度，這很大程度上限制了對MCs生物學(xué)功能的深入理解。因此，環(huán)境低濃度水平MCs的毒性效應(yīng)研究亟需更為敏感的指標(biāo)和更多的實驗數(shù)據(jù)來支撐。 

　　中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所謝麗強(qiáng)研究員課題組程晨博士，通過非損傷微測技術(shù)研究了MC-LR對沉水植物苦草鈣（Ca2+）、氫離子（H+）穩(wěn)態(tài)的影響。發(fā)現(xiàn)MC-LR通過影響苦草葉片和根部Ca2+和H+穩(wěn)態(tài)，直接或間接地影響了其維持正常生長所必需的營養(yǎng)物質(zhì)的積累，進(jìn)而導(dǎo)致葉片腫脹和有機(jī)物合成減少。此外，Ca2+穩(wěn)態(tài)的破壞和過渡金屬積累減少還會導(dǎo)致苦草葉片和根部的活性氧（ROS）水平下降。而1 μg/L MC-LR對水生植物Ca2+和H+穩(wěn)態(tài)的破壞，表明環(huán)境低濃度水平MCs引起的生態(tài)危害亦需得到更多關(guān)注。相關(guān)成果以標(biāo)題The disruption of calcium and hydrogen ion homeostasis of submerged macrophyte Vallisneria natans (Lour.) Hara caused by microcystin-LR于最近發(fā)表在環(huán)境毒理學(xué)領(lǐng)域主流期刊Aquatic Toxicology（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2022.106377）。

圖1. MC-LR影響苦草葉片和根部鈣、氫離子穩(wěn)態(tài)導(dǎo)致營養(yǎng)元素積累和有機(jī)物合成減少 

　　滲透脅迫通常發(fā)生在植物應(yīng)對非生物脅迫時，能夠引起植物形態(tài)改變、生長抑制等不利后果?；谏鲜鲅芯恐?/span>MC-LR導(dǎo)致苦草葉片發(fā)生腫脹的結(jié)論，研究者推測水體中MC-LR的存在可能會引起苦草葉片產(chǎn)生滲透脅迫。 

　　本研究同樣以沉水植物苦草為對象，在探究MC-LR能否引起水生植物產(chǎn)生滲透脅迫的同時，獲取了水生植物對滲透脅迫的響應(yīng)和適應(yīng)機(jī)制。結(jié)果表明，MC-LR能夠引起葉片表皮和葉肉細(xì)胞體積增大、木質(zhì)化程度升高、葉綠體破壞和淀粉顆粒溶解，暗示葉片水平衡受到破壞，而葉片中含水量、水勢和壓力勢的增加，為MC-LR能夠引起滲透脅迫提供了直接證據(jù)。同時，滲透勢的減小亦表明滲透調(diào)節(jié)的發(fā)生。在MC-LR脅迫下，作為信號分子的Ca2+通過Ca2+-ATPase的激活從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中流出，K+的吸收作為對MC-LR引起的質(zhì)膜超極化的響應(yīng)而被動激活。K+的吸收是對MC-LR脅迫的響應(yīng)，而不是適應(yīng)，并被認(rèn)為是葉片吸水的原因。環(huán)境濃度MC-LR能夠影響苦草葉片的Ca2+和K+穩(wěn)態(tài)，表明大多數(shù)富營養(yǎng)化湖泊中的水生植物可能會遭受MC-LR引起的滲透脅迫帶來的負(fù)面影響。相關(guān)成果以標(biāo)題The osmotic stress of Vallisneria natans (Lour.) Hara leaves originating from the disruption of calcium and potassium homeostasis caused by MC-LR于近日發(fā)表在水環(huán)境研究領(lǐng)域權(quán)威期刊Water Research（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.120575）。 

　　上述研究得到國家自然科學(xué)基金項目的支持。 

圖2. MC-LR影響苦草葉片鈣、鉀離子穩(wěn)態(tài)引發(fā)滲透脅迫 

來源：中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所