日前，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所漁業(yè)環(huán)境污染生態(tài)學(xué)團(tuán)隊(duì)在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Water Research上發(fā)表了題為《Ocean acidification enhances TiO₂ nanoparticle toxicity in Oryzias melastigma: Dominant role of size effects in driving bioaccumulation and hepatotoxicity》的研究論文，報(bào)道了該團(tuán)隊(duì)在海洋酸化條件下人工納米顆粒的海洋環(huán)境效應(yīng)研究方面取得的最新進(jìn)展。

海洋酸化與人工納米顆粒污染是當(dāng)前全球海洋生態(tài)系統(tǒng)面臨的兩大重要環(huán)境問題，二者協(xié)同作用對海洋生物的毒性效應(yīng)及機(jī)制已成為環(huán)境科學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。當(dāng)前研究對二者聯(lián)合毒性的認(rèn)知仍存在明顯不足：一方面，現(xiàn)有研究多聚焦于浮游植物、雙殼貝類等海洋低等生物，針對海洋脊椎動(dòng)物（尤其是魚類）的系統(tǒng)性研究極為匱乏；另一方面，在環(huán)境真實(shí)暴露場景下，人工納米顆粒在酸化海水中的環(huán)境行為演變規(guī)律、生物可利用性調(diào)控機(jī)制及其與生物抗逆性、分子響應(yīng)的耦合關(guān)系尚未明確，嚴(yán)重制約了對全球氣候變化背景下人工納米顆粒的海洋生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的科學(xué)評估。

本研究以海洋模式生物海水青鳉（O. melastigma）為研究對象，系統(tǒng)探討了其在海洋酸化條件（pH 7.40）下暴露于環(huán)境相關(guān)濃度納米TiO?顆粒后的生理響應(yīng)與分子水平變化。研究發(fā)現(xiàn)，海洋酸化在一定程度上減緩了納米TiO?顆粒在海水中的聚集與沉降行為，提高了其生物可利用性，同時(shí)削弱了魚類對納米顆粒脅迫的抵抗能力。生物蓄積實(shí)驗(yàn)表明，海洋酸化條件下魚體對納米TiO?顆粒的富集量顯著上升，其中肝臟是主要的富集器官，并伴隨出現(xiàn)氧化應(yīng)激和病理損傷，最終誘發(fā)明顯的肝毒性。通過整合生物標(biāo)志物法量化了海洋酸化調(diào)控納米顆粒毒性的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素：納米顆粒的尺寸效應(yīng)貢獻(xiàn)約為58%，而生物的抵抗能力下降貢獻(xiàn)約為42%，表明納米顆粒在酸化條件下的粒徑變化是決定其毒性效應(yīng)的主要因素。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，在海洋酸化與納米顆粒聯(lián)合暴露條件下，海水青鳉肝臟中與基因轉(zhuǎn)錄和翻譯相關(guān)的生物學(xué)過程受到顯著抑制，同時(shí)細(xì)胞衰老及程序性細(xì)胞死亡相關(guān)信號通路被激活。

研究結(jié)果揭示了海洋酸化下典型人工納米顆粒對海洋魚類的毒性機(jī)制，為理解全球氣候變化與新污染物協(xié)同作用下的海洋生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供了新視角。

圖1 海洋酸化條件下納米TiO₂顆粒在海水青鳉體內(nèi)的生物富集

圖2 海洋酸化與納米TiO₂顆粒對海水青鳉的毒性效應(yīng)及主導(dǎo)因素

圖3 海洋酸化增強(qiáng)納米TiO?顆粒對海水青鳉毒性效應(yīng)的機(jī)制

黃海所朱琳副研究員為論文的第一作者，夏斌研究員和美國麻省大學(xué)Xing Baoshan教授為共同通訊作者。研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、山東省泰山學(xué)者專項(xiàng)和中國水產(chǎn)科學(xué)研究院創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124822