洪喻，郝立翀，陳足音

北京林業(yè)大學環(huán)境科學與工程學院，北京 100083

新興污染物(emerging contaminants, ECs)在2002年由Richardson提出[1]，一般指尚未被相關(guān)的環(huán)境管理政策法規(guī)或排放控制標準限制，但根據(jù)其高檢出頻率，被視為存在潛在健康影響并有可能被納入管制范圍的物質(zhì)。這類物質(zhì)通常不是新合成物質(zhì)，而是已長期存在環(huán)境中，但由于普遍濃度較低和監(jiān)測手段的局限，其普遍存在的特性和潛在的危害在近期才被發(fā)現(xiàn)和研究。近年來，人們關(guān)注較多的新興污染物有全氟化合物(perfluorinated compounds, PFCs)、微塑料(microplastics, MPs)、藥品及個人護理品(pharmaceuticals and personal care products, PPCPs)和多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)等[1-5]；此外，人造甜味劑[5-6]、鹵代甲磺酸[7]和稀土元素[8]等也逐漸引起關(guān)注。在研究污染物的水生態(tài)毒理學時發(fā)現(xiàn)，新興污染物在水環(huán)境中的長期存在，不僅對生活用水的安全構(gòu)成了威脅，還影響著湖庫、海洋及流域的生物生存與群落結(jié)構(gòu)，干擾甚至破壞生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，存在巨大的安全隱患。

近些年來，許多學者從基因、分子、生化、細胞、生理器官、個體、種群及群落等不同生命層次，來研究有毒有害因素(特別是環(huán)境污染物)對水生生態(tài)系統(tǒng)中各種動物、植物與微生物的影響，通過直接或間接的分析檢測，解析損害作用、影響規(guī)律與可能的作用機制，研究結(jié)果可為水環(huán)境中污染物的防治、水環(huán)境保護及生態(tài)風險評價提供理論基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)支持。微藻是研究水生生態(tài)必不可少的對象，常用來評價水生生態(tài)系統(tǒng)的健康程度。污染物對微藻的影響表現(xiàn)在多個方面，如對微藻生長、細胞形態(tài)和結(jié)構(gòu)、光合作用、細胞內(nèi)氧化還原平衡及活性酶水平的影響等。同時，微藻也是重要的水環(huán)境監(jiān)測指示生物，一直被用來直觀判斷水體的污染程度；近些年來，不僅水生生態(tài)學和環(huán)境監(jiān)測中利用微藻進行研究，微藻還被視為水生態(tài)毒理學的重要研究對象。

本文綜述了包括全氟化合物、多環(huán)芳烴、藥品及個人護理品、納米材料、微塑料和稀土元素在內(nèi)的共6類新興污染物對微藻的毒性作用與機制，通過總結(jié)分析提出建議和展望，以期服務于該領(lǐng)域今后的發(fā)展。

1 全氟化合物對微藻的毒性作用與機制(Toxic effects and mechanisms of perfluorochemicals on microalgae)

PFCs是一類廣泛存在于自然環(huán)境中的持久性有機污染物，被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活的諸多領(lǐng)域中，如作為表面活性劑和表面保護劑應用于地毯、皮革、造紙、包裝、家具、堿性清潔劑、洗發(fā)水和殺蟲劑等產(chǎn)品的制作中。自20世紀中期至今，已有數(shù)百種含有全氟有機化合物產(chǎn)品被開發(fā)、生產(chǎn)并大規(guī)模應用。

Latala等[9]研究全氟化合物對微藻的毒性影響發(fā)現(xiàn)，綠藻對全氟羧酸的敏感性高于全氟磺酸鹽或全氟羧酸的銨鹽，而藍藻和硅藻對這些化合物的敏感性遠遠高于綠藻。表1中總結(jié)了現(xiàn)有的全氟污染物對微藻的半數(shù)效應濃度(medium effective concentration, EC50)，發(fā)現(xiàn)全氟羧酸的毒性影響顯著強于全氟鹽類。同時，除全氟辛磺酸(perfluorooctanesulfonate, PFOS)和Polyfox 656外，全氟化合物對綠藻的毒性影響顯著弱于藍藻和硅藻。全氟化合物因其獨特的表面高疏水性而備受關(guān)注，然而該特性也可能導致其摻入微藻細胞膜的脂質(zhì)雙分子層從而引起膜通透性增大。Xu等[10]研究表明，高濃度PFOS顯著增加小球藻細胞膜的通透性，低濃度PFOS對通透性改變不明顯，而細胞膜高通透性可能造成PFOS刺激胞內(nèi)活性氧自由基的產(chǎn)生，從而引起其他生物大分子的脂質(zhì)過氧化損傷，這可能是其毒性作用的主要機制。PFCs的烷基鏈長度或分配系數(shù)不同反映其親脂性差異，可對細胞膜通透性產(chǎn)生影響，因而影響其對藻的毒性效應。一般來說，PFCs對微藻的EC50值隨著鏈增長而降低，LogEC50值與鏈長具有良好的線性關(guān)系[9,11]。由表1總結(jié)亦可發(fā)現(xiàn)上述規(guī)律，表明當全氟化合物鏈增長時毒性影響也隨之增大。

微藻長期暴露于低濃度的全氟辛酸(perfluorooctanoic acid, PFOA)細胞內(nèi)也會產(chǎn)生過多的活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)，致使細胞出現(xiàn)膜脂質(zhì)過氧化在內(nèi)的氧化損傷。例如，全氟辛酸(PFOA)可顯著抑制2種綠藻包括蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)和羊角月牙藻(Selenastrumcapricornutum)的生長[12]，PFOA具有高疏水疏油的表面活性，可導致細胞膜通透性的降低并可通過被動轉(zhuǎn)運進入微藻細胞，使得葉綠素a和葉綠素b含量降低，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)和過氧化氫酶(catalase, CAT)活性隨著濃度增加出現(xiàn)先增加后降低，其中羊角月牙藻對PFOA的耐受濃度高于蛋白核小球藻。在PFOS的影響下，普通小球藻(Chlorellavulgaris)細胞內(nèi)丙二醛(malondialdehyde, MDA)和活性氧含量隨著PFOS濃度的增加而增加，SOD和CAT活性先增加后降低；PFOS使小球藻的葉綠素a濃度降低，使得藻細胞生長和繁殖受到抑制，而高濃度PFOS能使藻細胞葉綠素b濃度降低，進而加劇對藻光合作用的影響[10]。

表1 全氟化合物(PFCs)對微藻的毒性作用Table 1 Toxicities of perfluorinated compounds (PFCs) on microalgae

PFOS的毒性作用還表現(xiàn)在與其他污染物的聯(lián)合作用上，無論其他單個污染物的毒性程度如何，PFOS的存在都將改變共存污染物的表觀毒性。PFOS可能通過對細胞膜功能的破壞，影響藻細胞對其他污染物的攝取，進而對不同疏水性有機化合物的毒性產(chǎn)生差異性影響，表現(xiàn)為協(xié)同或拮抗作用[13]。因此，當PFOS與其他類型污染物共存時，可能會對水生生態(tài)系統(tǒng)帶來潛在風險[14]。

2 多環(huán)芳烴對微藻的毒性作用與機制(Toxic effects and mechanisms of polycyclic aromatic hydrocarbons on microalgae)

多環(huán)芳烴(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)是煤、石油、木材和紙張等在不完全燃燒或還原性氣氛中熱分解產(chǎn)生的揮發(fā)性碳氫化合物，是一類持久性有機污染物。迄今已發(fā)現(xiàn)有200多種PAHs，其中相當一部分具有致癌性，如苯并[α]芘和苯并[α]蒽等。多環(huán)芳烴對微藻的毒性作用亦表現(xiàn)出不同的規(guī)律?，F(xiàn)已知多種PAHs可以抑制微藻生長繁殖、刺激氧化應激反應、干擾光合作用，同時微藻也對PAHs存在富集、降解和代謝等方面的作用。

PAHs對微藻的毒性不僅體現(xiàn)在對微藻生長的抑制，其對不同微藻的毒性特異還可能影響微藻間的種群關(guān)系，甚至導致自然條件下的優(yōu)勢物種發(fā)生改變。畢蓉[17]研究發(fā)現(xiàn)，蒽對赤潮異彎藻(Platymonashelgolandica)和青島大扁藻(Heterosigmaakashiwo)的96h-EC50分別為3.092 mg·L-1和7.025 mg·L-1，在共培養(yǎng)體系中青島大扁藻的種群生長所受的影響比赤潮異彎藻更顯著。在青島大扁藻和赤潮異彎藻初始接種生物量比分別為1∶4、1∶1以及4∶1時，蒽脅迫條件下青島大扁藻種群的環(huán)境容納量K值分別達到對照組種群K值的18倍、9倍和4倍，蒽脅迫對赤潮異彎藻種群密度的影響與青島大扁藻相反。由此表明，這2種微藻的種間競爭關(guān)系發(fā)生改變，其中赤潮異彎藻的競爭優(yōu)勢可被削弱，而青島大扁藻則在競爭中占據(jù)了極為明顯的優(yōu)勢。一般情況下，PAHs的存在對微藻表現(xiàn)出抑制作用，部分條件下表現(xiàn)出毒物興奮效應，但這種效應與PAHs及微藻的種類密切相關(guān)，因而表現(xiàn)出不同的規(guī)律。例如，低濃度(0.02 mg·L-1)菲、芘和蒽處理對3種赤潮微藻的生長均表現(xiàn)出有刺激作用，而高濃度(0.04、0.06、0.08、0.10和0.12 mg·L-1)處理則顯示出抑制作用[18]；Croxton等[19]研究了萘、芘和苯并[α]芘對底棲硅藻短吻菱形藻(Nitzschiabrevirostris)生長的影響，發(fā)現(xiàn)了一定濃度的PAHs暴露能夠抑制該藻的生長，同時PAHs的暴露可使該藻脂質(zhì)和細胞膜受損程度增加；蒽對米氏凱倫藻(Kareniamikimotoi)的生長具有持續(xù)的抑制效應[20]；熒蒽在低濃度時對中肋骨條藻表現(xiàn)出生長刺激作用，而在菲的作用下該藻的生長則始終是受到抑制[21]。

與PAHs對微藻生長影響類似，PAHs對藻細胞抗氧化系統(tǒng)的影響也具有不同規(guī)律。Lei等[22]在研究芘對普通小球藻、扁盤柵藻(Scenedesmusplatydisus)、四尾柵藻(Scenedesmusquadricauda)和羊角月牙藻的毒性時發(fā)現(xiàn)，藻細胞中谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase, GPX)、SOD和CAT的活性與對照相比均無顯著差別，可見在上述4種淡水微藻中抗氧化系統(tǒng)的改變可能并不是芘毒性作用的主要機制。微藻對芘也有一定的耐受與代謝能力，但不同藻之間差異較大，如扁盤柵藻和四尾柵藻代謝芘效率高于羊角月牙藻，而相比之下普通小球藻則幾乎不能代謝芘[23]。相應的，不同微藻受芘脅迫時的細胞響應規(guī)律也存在差異。經(jīng)芘處理后，谷胱甘肽(glutathione, GSH)含量與谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶(glutathione S-transferase, GST)、谷胱甘肽過氧化物酶和谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase, GR)3種GSH依賴性酶的活性的變化在不同微藻中有所不同。經(jīng)1.0 mg·L-1芘處理4 d時，GSH和GST在扁盤柵藻和羊角月牙藻中顯著增加(> 30 U)，在普通小球藻(< 20 U)中保持不變，表明GSH和GST可能參與芘在藻細胞中的轉(zhuǎn)化過程。由于GR在維持細胞內(nèi)GSH穩(wěn)態(tài)中起重要作用，因此，隨著GSH含量和GST活性的增加GR也應該有所增加。然而，在Lei等[22]的研究中發(fā)現(xiàn)芘處理的扁盤柵藻和羊角月牙藻中GSH和GST較對照顯著提高，但GR仍與對照在同一水平。據(jù)此推斷，GSH可能是芘參與藻細胞代謝轉(zhuǎn)化的重要途徑之一。Wang等[24]研究羊角月牙藻暴露于多種PAHs(包括菲、芴、熒蒽、芘和苯并[α]芘)時發(fā)現(xiàn)藻細胞葉綠素與GSH含量均降低，同時SOD和過氧化物酶(peroxidase, POD)的活性在初期升高?？梢姡⒃鍖Σ煌琍AHs的氧化應激響應差異較大，現(xiàn)有研究十分有限，關(guān)于微藻抗氧化系統(tǒng)對PAHs的響應規(guī)律仍需進一步研究。

PAHs對微藻的光合作用系統(tǒng)也有一定的影響，如表現(xiàn)出毒物興奮效應，即高濃度抑制生長，低濃度促進生長。Pérez等[25]研究球等鞭金藻(Isochrysisgalbana)暴露于萘、菲、芘和熒蒽，發(fā)現(xiàn)這4種PAHs均能降低微藻的光化學效率，作用強弱依次為熒蒽≥芘>菲>萘。針對這幾種PAHs，還有學者研究發(fā)現(xiàn)[26]，低濃度暴露下菲對赤潮異彎藻光合速率沒有明顯的影響，而芘和蒽處理的赤潮異彎藻光合速率則有所提高，但高濃度下上述PAHs對赤潮異彎藻光合作用均表現(xiàn)為顯著抑制。

不同微藻對PAHs的生物富集、吸附和轉(zhuǎn)化過程也不同。Lei等[27]研究普通小球藻、四尾柵藻、扁盤柵藻和羊角月牙藻對熒蒽和芘的響應，發(fā)現(xiàn)4種微藻均能通過吸附和轉(zhuǎn)化將培養(yǎng)基中的熒蒽和芘去除，但是去除效率各不相同。與去除單一PAHs相比，微藻去除熒蒽和芘混合物的效率更高，表明兩種PAHs共存可能刺激了微藻的吸附轉(zhuǎn)化能力。另外還發(fā)現(xiàn)，羊角月牙藻去除低分子量PAHs主要通過降解，并且當同時暴露于低劑量的鎘、鋅、銅和鎳混合物時其去除效果可能被增強。進一步研究還發(fā)現(xiàn)金屬混合物的存在可刺激微藻對高分子量PAHs的吸收，過程中未產(chǎn)生明顯的降解，熒蒽和芘的中間體未出現(xiàn)顯著變化，對熒蒽和芘的吸收率達到88%～117%[28]。賈汭嬋[29]研究新月柱鞘藻(Cylindrothecaclosterium)對沉積物中菲和芘的降解發(fā)現(xiàn)，藻細胞葉綠素a含量在一定程度上可以影響其對PAHs的降解，但多酚氧化酶(polyphenol oxidase, PPO)活性的強弱才是影響菲和芘降解的主要因素，此外，新月柱鞘藻的釋氧作用對沉積物中菲和芘的降解影響也較大。

當PAHs單一存在時，其對微藻的毒性往往低于重金屬，而與重金屬共存時聯(lián)合毒性則是隨著暴露時間和劑量表現(xiàn)為加成、協(xié)同或拮抗，特別是反映在藻細胞抗氧化系統(tǒng)上(以抗氧化酶活性和抗氧化物質(zhì)含量表征)[24]。例如，50 mg·L-1表面活性劑長鏈烷基苯磺酸鹽(linear alkylbenzene sulfonates, LAS)與不同濃度蒽(2、4、6、8和10 mg·L-1)聯(lián)合作用于青島大扁藻，發(fā)現(xiàn)藻細胞增長率比起蒽單獨處理時分別降低了25.73%、42.60%、43.33%、60.79%和77.23%[30]。當多種PAHs共存時，對微藻的聯(lián)合毒性也不是簡單的疊加，而表現(xiàn)為協(xié)同或拮抗作用。如，十六烷基三甲基氯化銨(cetyltrimethylammonium chloride, CTAC)與熒蒽混合對普通小球藻的聯(lián)合毒性隨著熒蒽濃度增加而變化，由低濃度的協(xié)同效應(0～50 μg·L-1)變?yōu)楦邼舛鹊霓卓棺饔?50～200 μg·L-1)[31]?？傊?，PAHs對微藻的毒性作用與PAHs自身的理化性質(zhì)有關(guān)，也受到暴露的微藻藻種的影響，另外，微藻生長狀態(tài)與所處環(huán)境條件也可能會影響PAHs對微藻的毒作用[32]。

3 藥物和個人護理用品對微藻的毒性作用與機制(Toxic effects and mechanisms of pharmaceutical and personal care products on microalgae)

藥物和個人護理用品(pharmaceutical and personal care products，PPCPs)由抗生素、固醇類激素、藥物和清潔劑等物質(zhì)組成，通過水相傳遞和食物鏈進行擴散，在水環(huán)境中廣泛存在。雖然其半衰期短、濃度低，但由于人類活動連續(xù)輸入使得PPCPs表現(xiàn)為“持續(xù)存在”。在環(huán)境中PPCPs痕量存在，其對微藻的毒作用隨微藻的不同以及污染物本身的差異而有所不同。目前，對微藻毒性研究較多的PPCPs主要是抗生素與增塑劑類污染物，其中常用抗生素對綠藻的研究最多，對硅藻的研究則相對較少，總結(jié)見表2。

分析表2中PPCPs的種類和毒作用濃度的數(shù)值大小，發(fā)現(xiàn)藥品中大環(huán)內(nèi)酯類抗生素對微藻的毒作用最為顯著，其次是喹諾酮類、四環(huán)素類和酰胺醇類。β-內(nèi)酰胺類抗生素作用于藍藻的EC50遠低于綠藻和硅藻，數(shù)值相差2～7個數(shù)量級。此外，低劑量的消炎鎮(zhèn)痛藥和抑菌劑對微藻的毒作用也十分明顯?？挂钟纛愃幬飳ξ⒃宓亩拘愿鶕?jù)微藻種類和物質(zhì)類型差異有所不同，而表面活性劑對微藻的毒性大小則隨著鏈長度的增加而逐漸增大。杜氏鹽藻對抑菌劑三氯生最為敏感(EC50= 3.55 μg·L-1)，其次是抗抑郁藥物氟西??；羊角月牙藻是PPCPs毒作用研究最多的藻種之一，發(fā)現(xiàn)其對大環(huán)內(nèi)酯類抗生素、抗抑郁藥物氟西汀和舍曲林均十分敏感；小球藻對PPCPs的敏感性則弱于其他綠藻；除磺胺地托辛外，一般藍藻對各類藥物均表現(xiàn)出較強的敏感性，更適合作為指示藻種。

痕量的PPCPs可能促進微藻的生長[33]，但是由于PPCPs種類復雜，不同的PPCPs及其作用濃度對微藻生長的影響也各有不同。相同濃度的鄰苯二甲酸二丁酯(dibutyl phthalate, DBP)作用于不同微藻，發(fā)現(xiàn)低劑量DBP(< 1 000 μg·L-1)顯著促進球形棕囊藻、紅胞藻的生長，對普林藻、東海原甲藻、血紅哈卡藻、中肋骨條藻和海洋小球藻也有較強的促進作用，而對三角褐指藻的生長則無明顯影響[34]。已有研究發(fā)現(xiàn)鄰苯二甲酸酯類污染物具有內(nèi)分泌干擾物的特性，對微藻可能起到了類似生長激素的作用，使得劑量很低時也表現(xiàn)出顯著的生長促進作用[35]。Delorenzo和Fleming[36]考察了雙氯芬酸、三氯生、卡馬西平、辛伐他汀、氯貝西酸和氟西汀共6種PPCPs對杜氏鹽藻(Dunaliellatertiolecta)的毒性，發(fā)現(xiàn)均影響鹽藻細胞的生長，其中三氯生影響最大，經(jīng)80 mg·L-1處理時密度降低42%。除卡馬西平外，三氯生、氟西汀、辛伐他汀、雙氯芬酸和氯貝酸的96 h-EC50含量分別為3.55、169.81、22 800、185 690和224 180 μg·L-1。Jarvis等[37]的研究也發(fā)現(xiàn)卡馬西平并不直接影響初級生產(chǎn)力。而三氯生則在環(huán)境濃度下即可對鹽藻產(chǎn)生顯著的毒性效應。另有關(guān)于三氯生與卡馬西平對綠球藻的毒作用研究，發(fā)現(xiàn)三氯生的毒作用強于卡馬西平，其中低濃度(0.391 mmol·L-1)三氯生作用下綠球藻表現(xiàn)出適應能力，細胞內(nèi)脂肪酸合成的抑制程度、蛋白質(zhì)構(gòu)象的改變均明顯較高濃度(100 mmol·L-1)時低；而卡馬西平則是通過其疏水作用而影響藻細胞磷脂雙層，作用于膜上特定蛋白質(zhì)從而破壞細胞膜，并且藻細胞經(jīng)長時間暴露可對卡馬西平的毒作用產(chǎn)生抗性[38]。

表2 藥品及個人護理品(PPCPs)對微藻的毒性作用Table 2 Toxicities of pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) on microalgae

續(xù)表2PPCPs種類(Classification of PPCPs)微藻種類(Microalgae species)EC/IC處理時間(Processing time)參考文獻（References）抗腫瘤藥物(Antineoplastic drugs)硫鳥嘌呤(Guanine)硅藻門(Bacillariophyta)骨條藻(Skeletonema pseudocostatum)EC50=8.5×10-6 mol·L-172 h[45]抗炎鎮(zhèn)痛藥物(Anti-inflammatory analgesics)萘普生(Naproxen)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 3.7 mg·L-196 h[42]抗炎藥物(Anti-inflammatory drugs)酮洛芬(Ketoprofen)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 2.0 mg·L-196 h[42]抗皮膚病藥物(Anti-dermatological drugs)克羅米通(Crotamiton)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 3.5 mg·L-196 h[42]心血管藥物(Cardiovascular drugs)普魯卡因胺(Procainamide)綠藻門(Chlorophyta)扁藻(Tetraselmis chuii)EC50 = 104 mg·L-196 h[48]四環(huán)素類抗生素(Tetracycline antibiotic)強力霉素(Doxycycline)綠藻門(Chlorophyta)扁藻(Tetraselmis chuii)EC50 = 22 mg·L-196 h[48]鎮(zhèn)痛藥物(Analgesic)二氟尼柳(Diflunisal)綠藻門(Chlorophyta)雨生紅球藻(Haematococcus pluvialis)EC50 = 0.12 mg·mL-196 h[43]喹諾酮類抗生素(Quinolone antibiotic)環(huán)丙沙星(Ciprofloxacin)沙氟沙星(Shafloxacin)綠藻門(Chlorophyta)藍藻門(Cyanophyta)硅藻門(Bacillariophyta)綠藻門(Chlorophyta)普通小球藻(Chlorella vulgaris)EC50 = 0.313 mg·L-1羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 2.97 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 11.3 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.015 mg·L-1角毛藻(Rhodomonas salina)EC50 = 24 mg·L-1羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 16 mg·L-196 h[49]未知(Unknown)[50]72 h[51]96 h[52]氟奎諾酮類抗生素(Fluoroquinolone antibiotic)恩諾沙星(Enrofloxacin)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)IC50 = 5.18 mg·L-1梭桿纖維藻(Ankistrodesmus fusiformis)IC50 = 10.6 mg·L-196 h[53]喹諾酮類抗生素(Quinolone antibiotic)左氧氟沙星(Levofloxacin)諾氟沙星(Norfloxacin)綠藻門(Chlorophyta)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Raphidocelis subcapitata NIES-35)EC10 = 1.3 mg·L-1圓柱類魚腥藻(Anabaena cylindrica NIES-19)EC50 = 0.053 mg·L-1水華魚腥藻(Anabaena flos-aquae ATCC 29413)EC50 = 0.29 mg·L-1魚腥藻(Anabaena variabilis NIES-23)EC50 = 0.19 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa NIES-44)EC50 = 0.062 mg·L-1惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii NIES-107)EC50 = 0.038 mg·L-1念珠藻屬(Nostoc sp. PCC 7120)EC50 = 1.7 mg·L-1聚球藻(Synechococcus leopoldensis IAM M-6)EC50 = 0.63 mg·L-1聚球藻(Synechococcus sp.PCC 7002)EC50 = 0.63 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 16.6 mg·L-172 h[41]144 h[54]144 h[54]抗生素(Antibiotic)林可霉素(Lincomycin)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 1 510 μg·L-1硅藻門(Bacillariophyta)梅尼小環(huán)藻(Cyclotella meneghiniana)EC50 = 1 630 μg·L-1藍藻門(Cyanophyta)聚球藻(Synechococcus leopoliensis)EC50 = 195 μg·L-196 h[55]96 h[55]四環(huán)素類抗生素(Tetracycline antibiotic)金霉素(Chlortetracycline)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)綠藻門(Chlorophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.05 mg·L-1羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 3.1 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)IC50 = 1.19 mg·L-1梭桿纖維藻(Ankistrodesmus fusiformis)IC50 = 2.23 mg·L-196 h[56]96 h[53]抑菌藥物(Antibacterial drug)喹乙醇(Olaquindox)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 5.1 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 40 mg·L-196 h[56]大環(huán)內(nèi)酯類抗生素(Macrolide antibiotic)螺旋霉素(Spiramycin)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.005 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 2.3 mg·L-196 h[56]

續(xù)表2PPCPs種類(Classification of PPCPs)微藻種類(Microalgae species)EC/IC處理時間(Processing time)參考文獻（References）氨基糖苷類抗生素(Aminoglycoside antibiotic)鏈霉素(Streptomycin)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 0.007 mg·L-196 h[56]EC50 = 0.034 mg·L-124 h[57]EC50 = 0.133 mg·L-196 h[56]EC50 = 1.5 mg·L-124 h[57]四環(huán)素類抗生素(Tetracycline antibiotic)四環(huán)素(Tetracycline)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.09 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 2.2 mg·L-196 h[56]大環(huán)內(nèi)酯類抗生素(Macrolide antibiotic)泰樂菌素(Tylosin)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 0.034 mg·L-196 h[56]EC50 = 0.29 mg·L-124 h[57]EC50 = 1.38 mg·L-196 h[56]EC50 =0.0089 mg·L-124 h[57]抗生素(Antibiotic)泰妙菌素(Tylenin)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.003 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 0.165 mg·L-196 h[56]β-內(nèi)酰胺類抗生素(β-Lactam antibiotics)芐青霉素(Benzethin)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.006 mg·L-196 h[56]氨基糖苷類抗生素(Aminoglycoside antibiotic)慶大霉素(Gentamicin)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 19.2 mg·L-172 h[51]多肽類抗生素(Peptide antibiotic)萬古霉素(Vancomycin)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 724 mg·L-172 h[51]大環(huán)內(nèi)酯類抗生素(Macrolide antibiotic)紅霉素(Erythromycin)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)綠藻門(Chlorophyta)圓柱類魚腥藻(Anabaena cylindrica NIES-19)EC50 = 0.035 mg·L-1水華魚腥藻(Anabaena flos-aquae ATCC 29413)EC50 = 0.27 mg·L-1魚腥藻(Anabaena variabilis NIES-23)EC50 = 0.43 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa NIES-44)EC50 = 0.023 mg·L-1惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii NIES-107)EC50 = 0.023 mg·L-1念珠藻屬(Nostoc sp. PCC 7120)EC50 = 0.20 mg·L-1聚球藻(Synechococcus leopoldensis IAM M-6)EC50 = 0.16 mg·L-1聚球藻(Synechococcus sp.PCC 7002)EC50 = 0.23 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 0.0366 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)IC50 = 170 mg·L-1144 h[54]144 h[54]72 h[44]酰胺醇類抗生素(Amide alcohol antibiotic)甲砜霉素(Thiamphenicol)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)圓柱類魚腥藻(Anabaena cylindrica NIES-19)EC50 = 1.3 mg·L-1水華魚腥藻(Anabaena flos-aquae ATCC 29413)EC50 = 13 mg·L-1魚腥藻(Anabaena variabilis NIES-23)EC50 = 14 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa NIES-44)EC50 = 0.32 mg·L-1惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii NIES-107)EC50 = 0.43 mg·L-1念珠藻屬(Nostoc sp. PCC 7120)EC50 = 3.5 mg·L-1聚球藻(Synechococcus leopoldensis IAM M-6)EC50 = 0.36 mg·L-1聚球藻(Synechococcus sp.PCC 7002)EC50 = 0.67 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 8.86 mg·L-1144 h[54]144 h[54]

續(xù)表2PPCPs種類(Classification of PPCPs)微藻種類(Microalgae species)EC/IC處理時間(Processing time)參考文獻（References）四環(huán)素類抗生素(Tetracycline antibiotic)土霉素(Terramycin)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)綠藻門(Chlorophyta)藍藻門(Cyanophyta)硅藻門(Bacillariophyta)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)綠藻門(Chlorophyta)圓柱類魚腥藻(Anabaena cylindrica NIES-19)EC50 = 0.032 mg·L-1水華魚腥藻(Anabaena flos-aquae ATCC 29413)EC50 = 0.39 mg·L-1魚腥藻(Anabaena variabilis NIES-23)EC50 = 0.19 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa NIES-44)EC50 = 0.062 mg·L-1惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii NIES-107)EC50 = 0.35 mg·L-1念珠藻屬(Nostoc sp. PCC 7120)EC50 = 7.0 mg·L-1聚球藻(Synechococcus leopoldensis IAM M-6)EC50 = 1.1 mg·L-1聚球藻(Synechococcus sp.PCC 7002)EC50 = 2.0 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 0.342 mg·L-1羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 4.5 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.207 mg·L-1角毛藻(Rhodomonas salina)EC50 = 1.6 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 5.4 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 0.6 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)IC50 = 0.64 mg·L-1梭桿纖維藻(Ankistrodesmus fusiformis)IC50 = 4.17 mg·L-1144 h[54]144 h[54]96 h[52]24 h[57]96 h[53]磺胺類抗菌藥物(Sulfonamide antibiotics)磺胺地托辛(Sulfadipine)藍藻門(Cyanophyta)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)圓柱類魚腥藻(Anabaena cylindrica NIES-19)EC50 = 480 mg·L-1水華魚腥藻(Anabaena flos-aquae ATCC 29413)EC50 > 2 000 mg·L-1魚腥藻(Anabaena variabilis NIES-23)EC50 = 1 500 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa NIES-44)EC50 = 500 mg·L-1惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii NIES-107)EC50 = 470 mg·L-1念珠藻屬(Nostoc sp. PCC 7120)EC50 > 2 000 mg·L-1聚球藻(Synechococcus leopoldensis IAM M-6)EC50 = 1 100 mg·L-1聚球藻(Synechococcus sp.PCC 7002)EC50 = 760 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 2.30 mg·L-1144 h[54]144 h[54]144 h[54]硝基咪唑類抗生素(Nitroimidazole antibiotic)磺胺甲惡唑(Sulfamethoxazole)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.55 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 > 9 mg·L-1羊角月牙藻(Raphidocelis subcapitata NIES-35)EC10 = 0.066 mg·L-124 h[57]24 h[57]72 h[41]咪唑類抗真菌藥(Imidazole antifungal)酮康唑(Ketoconazole)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)IC50 = 3.25 mg·L-172 h[44]硝基咪唑類抗生素(Nitroimidazole antibiotic)甲硝唑 (Metronidazole)綠藻門(Chlorophyta)小球藻(Chlorella sp.)EC50 = 45.1 mg·L-1羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 39.1 mg·L-172 h[58]

續(xù)表2PPCPs種類(Classification of PPCPs)微藻種類(Microalgae species)EC/IC處理時間(Processing time)參考文獻（References）抑菌藥物(Antibacterial drug)甲氧芐啶(Trimethoprim)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)硅藻門(Bacillariophyta)藍藻門(Cyanophyta)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)圓柱類魚腥藻(Anabaena cylindrica NIES-19)EC50 > 200 mg·L-1水華魚腥藻(Anabaena flos-aquae ATCC 29413)EC50 > 200 mg·L-1魚腥藻(Anabaena variabilis NIES-23)EC50 = 11 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa NIES-44)EC50 = 150 mg·L-1惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii NIES-107)EC50 > 200 mg·L-1念珠藻屬(Nostoc sp. PCC 7120)EC50 = 53 mg·L-1聚球藻(Synechococcus leopoldensis IAM M-6)EC50 > 200 mg·L-1聚球藻(Synechococcus sp.PCC 7002)EC50 > 200 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 80.3 mg·L-1羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 130 mg·L-1角毛藻(Rhodomonas salina)EC50 = 16 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 112 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 6.9 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 > 9 mg·L-1144 h[54]144 h[54]96 h[52]96 h[52]24 h[57]磺胺類抗菌藥物(Sulfonamide antibiotics)磺胺嘧啶(Sulfadiazine)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.135 mg·L-1硅藻門(Bacillariophyta)角毛藻(Rhodomonas salina)EC50 = 403 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 7.8 mg·L-196 h[52]β-內(nèi)酰胺類抗生素(β-Lactam antibiotics)阿莫西林(Amoxicillin)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.0037 mg·L-1硅藻門(Bacillariophyta)角毛藻(Rhodomonas salina)EC50 = 3 108 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 250 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 > 2 000 mg·L-196 h[52]72 h[51]β-內(nèi)酰胺類抗生素(β-Lactam antibiotics)氨芐西林(Ampicillin)藍藻門(Cyanophyta)綠藻門(Chlorophyta)圓柱類魚腥藻(Anabaena cylindrica NIES-19)EC50 = 0.14 mg·L-1水華魚腥藻(Anabaena flos-aquae ATCC 29413)EC50 = 3.3 mg·L-1魚腥藻(Anabaena variabilis NIES-23)EC50 = 2.2 mg·L-1銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa NIES-44)EC50 = 0.00020 mg·L-1惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii NIES-107)EC50 = 0.013 mg·L-1念珠藻屬(Nostoc sp. PCC 7120)EC50 > 200 mg·L-1聚球藻(Synechococcus leopoldensis IAM M-6)EC50 = 0.083 mg·L-1聚球藻(Synechococcus sp.PCC 7002)EC50= 0.0069 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 > 1 000 mg·L-1羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 > 2 000 mg·L-1144 h[54]144 h[54]72 h[51]抗生素(Antibiotic)氟甲喹(Fluoroquine)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.159 mg·L-1硅藻門(Bacillariophyta)角毛藻(Rhodomonas salina)EC50 = 18 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 5.0 mg·L-1藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 > 8.8 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 = 0～16 mg·L-196 h[52]24 h[57]喹啉酮類殺菌劑(Quinolinone fungicide)惡喹酸(Oxolinic acid)藍藻門(Cyanophyta)銅綠微囊藻(Microcystis aeruginosa)EC50 = 0.180 mg·L-1硅藻門(Bacillariophyta)角毛藻(Rhodomonas salina)EC50 = 10 mg·L-1綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)EC50 = 16 mg·L-196 h[52]β-內(nèi)酰胺類抗生素(β-Lactam antibiotics)頭孢菌素(Cephalosporins)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)EC50 > 600 mg·L-172 h[51]

續(xù)表2PPCPs種類(Classification of PPCPs)微藻種類(Microalgae species)EC/IC處理時間(Processing time)參考文獻（References）降高血壓藥物(Hypertensive drugs)阿替洛爾(Atenolol)鎮(zhèn)痛藥物(Analgesic)對乙酰氨基酚(Paracetamol)精神藥物(Psychotropic drugs)咖啡因(Caffeine)心腦血管病藥物(Cardiovascular drugs)艾芬地爾(Affindel)殺蟲劑(Insecticide)避蚊胺(Mosquito)消炎鎮(zhèn)痛藥(Anti-inflammatory analgesics)吲哚美辛(Indomethacin)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Raphidocelis subcapitata NIES-35)EC10 = 27mg·L-1EC10 = 490 mg·L-1EC10 = 120 mg·L-1EC10 = 0.30 mg·L-1EC10 = 16 mg·L-1EC10 = 4.6 mg·L-172 h[41]香料(Spices)p-百里香酚(p-Thymol)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Raphidocelis subcapitata NIES-35)EC10 = 3.5 mg·L-172 h[41]表面活性劑(Surfactant)C11-LASC12-LASC13-LAS綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Raphidocelis subcapitata NIES-35)EC10 = 26 mg·L-1EC10 = 15 mg·L-1EC10 = 1.7 mg·L-172 h[41]抑菌劑(Bacteriostatic agent)三氯生(Triclosan)三氯生(Triclosan)三氯卡班(Triclocarban)三氯生(Triclosan)綠藻門(Chlorophyta)綠藻門(Chlorophyta)硅藻門(Bacillariophyta)杜氏鹽藻(Dunaliella tertiolecta)橢圓小球藻(Chlorella ellipsoidea)巴夫杜氏藻(Dunaliella parva)羊角月牙藻(Pseudokirchneriella subcapitata)羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)羊角月牙藻(Raphidocelis subcapitata NIES-35)骨條藻屬(Skeletonema pseudocostatum)EC50 = 3.55 μg·L-1EC50 = 1 441.5 μg·L-1EC50 = 39 μg·L-1EC50 = 0.012 mg·L-1EC50 = 0.112 mg·L-1EC10= 0.00054 mg·L-1EC10 = 0.0077 mg·L-1EC50 = 9.5×10-6 mol·L-196 h[36]96 h[46]96 h[42]96 h[59]72 h[41]72 h[45]其他(Others)2-苯氧基乙醇(2-Phenoxyethanol)間苯二酚(Resorcinol)二苯甲酮(Benzophenone)西曲溴銨(Cedrammonium bromide)綠藻門(Chlorophyta)羊角月牙藻(Raphidocelis subcapitata NIES-35)硅藻門(Bacillariophyta)骨條藻屬(Skeletonema pseudocostatum)EC10 > 130 mg·L-1EC10 = 72 mg·L-1EC50 =1.1×10-6 mol·L-1EC50= 4.5×10-6 mol·L-172 h[41]72 h[45]

注：*羊角月牙藻的拉丁名為Raphidocelissubcapitata，以前也稱為Selenastrumcapricornutum或Pseudokirchneriellasubcapitata。

Note: *Raphidocelissubcapitatawas formerly known asSelenastrumcapricornutumorPseudokirchneriellasubcapitata.

PPCPs作用于藻細胞誘發(fā)氧化應激反應可能是其毒害微藻的重要機制之一。如卡馬西平幾乎可以完全抑制斜生柵藻和小球藻葉綠素a的合成，同時微藻細胞內(nèi)SOD和CAT活性均出現(xiàn)活性提高的變化[60]。四環(huán)素也被發(fā)現(xiàn)可顯著抑制微藻生長與生理活動，抑制光化學過程并刺激細胞抗氧化系統(tǒng)[61]；紅霉素、環(huán)丙沙星和磺胺甲惡唑均對羊角月牙藻的抗氧化系統(tǒng)產(chǎn)生破壞作用，主要表現(xiàn)在對抗壞血酸(ascorbic acid, AsA)和GSH生物合成、抗壞血酸-谷胱甘肽循環(huán)、葉黃素循環(huán)和抗氧化酶(如SOD、CAT和GPX)活性等方面的削弱或促進[62]?？股貙λ{藻的毒作用機制主要是通過影響蛋白質(zhì)合成(如氯霉素)和DNA復制(如喹諾酮)起作用，但對綠藻的毒害則主要歸因于抑制光合作用[56,63]。由于目前研究仍不充分，同時也有一些技術(shù)手段方面的限制，使得PPCPs對微藻致毒的精準細胞分子機制仍不十分明確。

微藻暴露于PPCPs時細胞可能出現(xiàn)損傷變化，但是同樣微藻反作用于PPCPs對其表現(xiàn)出一定的去除作用，包括生物吸附、生物累積和細胞內(nèi)外的生物降解[64]。因此微藻可影響PPCPs的遷移轉(zhuǎn)化及其在食物鏈中的毒性[65]。如海洋舟形硅藻(Naviculaincerta)對壬基酚表現(xiàn)出一定的生物降解和較強的生物積累作用，因此壬基酚有可能經(jīng)微藻富集向上層食物鏈轉(zhuǎn)移最終對高等生物及人類造成威脅[66]；而有研究報道2種淡水綠藻斜生柵藻和蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)對黃體酮和炔諾孕酮表現(xiàn)出較強的降解轉(zhuǎn)化作用，生物吸附是次要作用，生物轉(zhuǎn)化才是主要機制[66]。微藻對PPCPs的生物累積可能與后者的致毒機制有關(guān)[67]；微藻吸附PPCPs可能與細胞表面的官能團結(jié)構(gòu)有關(guān)，且與環(huán)境因素(如pH、碳含量等)有關(guān)。微藻也可能通過代謝作用和胞外酶直接作用降解PPCPs[68]。然而同一微藻對不同濃度的PPCPs以及不同微藻對相同PPCPs均具有不同程度的生物累積與生物降解特性[69]。如，蛋白核小球藻吸附三氯生為主要去除機制，而鏈帶藻(Desmodesmussp.)和斜生柵藻則主要通過生物轉(zhuǎn)化來去除三氯生[70]。目前關(guān)于微藻吸附轉(zhuǎn)化PPCPs的研究仍然有限，且去除機制隨微藻和PPCPs種類而異。

多種PPCPs共存時表現(xiàn)為聯(lián)合作用，如低劑量時的協(xié)同作用，可顯著增加對水生生物的不利影響。Delorenzo和Fleming等[36]研究2種混合物——“辛伐他汀+氯貝特酸”和“氟西汀+三氯生”的組合效應時發(fā)現(xiàn)2種混合物均對杜氏鹽藻均表現(xiàn)為毒性相加作用。然而PPCPs種類復雜，其聯(lián)合效應既與混合比例有關(guān)又與具體劑量有關(guān)，基因表達差異等也決定了毒性作用機制的差異。如，螺旋霉素與阿莫西林混合對銅綠微囊藻呈現(xiàn)復雜的毒性效應，即隨著混合物中螺旋霉素比例的增加，毒性效應從拮抗轉(zhuǎn)為協(xié)同，同時psbA、psaB與rbcL表達水平的變化導致葉綠素a含量的差異，mcyB表達的差異也在基因水平上調(diào)控了微囊藻毒素的產(chǎn)生量[71]。

4 納米材料對微藻的毒性作用與機制(Toxic effects and mechanisms of nanomaterials on microalgae)

納米氧化物、碳納米材料以及納米金屬等新興合成材料應用范圍廣，近年來越來越多地涌入環(huán)境當中，由于其結(jié)構(gòu)微小，能輕易進入生命體，高環(huán)境暴露風險使得其可能對水生生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成巨大潛在的威脅[72]。納米材料通常粒徑小于100 nm，主要包括碳基納米材料(如石墨烯、氧化石墨烯、單壁碳納米管和多壁碳納米管等)、無機納米材料(如納米金屬、納米金屬氧化物和量子點等)。納米材料最顯著的特征是其粒徑大小，這是它們的理化性質(zhì)與生物活性的重要決定因素，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種納米材料可能引起有害生物學效應[73-74]。

早在2003年，就有學者在《Science》期刊上發(fā)表了關(guān)于納米材料毒性效應的文章。隨后2006年，Nel等[75]在《Science》上就納米材料的毒性與機理發(fā)表了更為深入的研究成果。納米材料對環(huán)境與人體健康的影響開始備受關(guān)注。納米材料作用于微藻的研究是近幾年才開始的。2013年Ahmad等[76]發(fā)現(xiàn)納米CoFe2O4對小球藻的生長抑制率高達32.30%(50 μmol·L-1)和58.75%(100 μmol·L-1)，表明納米CoFe2O4低濃度即可顯著抑制小球藻的繁殖。2016年Chae和An[77]研究了銀納米線對萊茵衣藻的毒作用，發(fā)現(xiàn)20 μm長的納米線毒性遠大于10 μm。銀納米粒子的大小對其產(chǎn)生溶解Ag+的量有很大影響，而Ag+的存在可能直接對微藻產(chǎn)生毒性影響[78]。尺寸較大的納米粒子無法進入細胞內(nèi)，而較小的則可能引起復雜的細胞毒性效應。總的來說，納米顆?？梢鹪寮毎L與光合作用抑制及脂質(zhì)過氧化，且毒性程度取決于納米材料的性質(zhì)、濃度和粒徑。

納米粒子損傷微藻主要表現(xiàn)在降低葉綠素含量，使細胞生成ROS引發(fā)脂質(zhì)過氧化等自由基損傷反應。如，納米CoFe2O4能引起小球藻的劑量依賴性氧化應激。隨著納米CoFe2O4濃度的增加，氧化應激響應的蛋白質(zhì)含量增加，酸性磷酸酶(acid phosphatase, AP)活性增大。低濃度與高濃度納米CoFe2O4經(jīng)ROS作用于微藻可能產(chǎn)生2種不同的毒作用模式，較低濃度下小球藻具有較高的ROS清除活性，而較高濃度下CoFe2O4會麻痹抗氧化系統(tǒng)使ROS清除能力喪失[76]。2012年Oukarroum等[79]發(fā)現(xiàn)，納米銀可降低小球藻和杜氏鹽藻的葉綠素含量，促使細胞產(chǎn)生過量ROS；納米銀粒子可直接作用于小球藻細胞表面，并結(jié)合成大的聚集體[79-80]；而納米塑料珠則可通過電荷作用吸附于微藻表面[81]；多壁碳納米管暴露濃度大于1 mg·L-1時可顯著影響杜氏鹽藻的生長，隨著濃度增加抑制作用增強，ROS水平升高，其與細胞表面的直接接觸可能與PS Ⅱ功能損傷有關(guān)[82]；納米TiO2亦可抑制微藻的生長與光合作用，可誘導可溶性蛋白質(zhì)的合成，使細胞器降解，減少葉綠體的數(shù)量，甚至出現(xiàn)質(zhì)壁分離，過程中類胡蘿卜素和葉綠素b含量出現(xiàn)增加[83]。同時，諸如石墨烯等納米材料還能通過吸附常量營養(yǎng)素，導致培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)耗竭，對微藻產(chǎn)生間接毒作用[84]。

另外，遮蔽效應和損傷類囊體膜可能是納米材料作用于微藻光合作用系統(tǒng)的主要機制。納米CoFe2O4附著于小球藻的細胞壁阻礙其對光的利用，并且聚集于藻細胞內(nèi)使光合作用類囊體膜嚴重受損，同時降低葉綠素a含量進而抑制光合作用[76]。此外，納米粒子還可與藻細胞表面的蛋白質(zhì)發(fā)生反應，經(jīng)反應還原金屬離子并重新釋放，使得藻細胞出現(xiàn)結(jié)構(gòu)溶解、細胞膜破裂與類囊體紊亂等現(xiàn)象[85-86]。

納米材料對微藻的基因亦表現(xiàn)出毒作用，但作用機制差別較大，如可能激發(fā)氧化應激導致DNA損傷，或破壞膜結(jié)構(gòu)進入核內(nèi)直接損傷DNA分子，或達到特定濃度和劑量才對DNA有所損傷。針對TiO2對衣藻造成的氧化脅迫，有研究通過檢測基因表達量發(fā)現(xiàn)，TiO2脅迫作用已在基因水平出現(xiàn)了明顯響應，SOD1、GPX、CAT和PTOX2基因的表達水平出現(xiàn)異常變化，呈現(xiàn)先激增后下降的趨勢[87]。Ahmad等[76]在對納米CoFe2O4作用于小球藻的研究中也發(fā)現(xiàn)，隨著納米CoFe2O4濃度的增加，誘變型谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶(mutagenic glutathione S-transferase, Mu-GST)活性持續(xù)增加，表現(xiàn)出潛在的遺傳毒性。該研究提示了一些納米材料對微藻的毒作用具有級聯(lián)效應，即隨著ROS的產(chǎn)生引發(fā)氧化應激進而導致DNA損傷并表現(xiàn)為生長抑制。而Schiavo等[88]研究納米材料對杜氏鹽藻的損傷作用發(fā)現(xiàn)，TiO2破壞細胞壁后首先作用于DNA。納米ZnO與TiO2不同，前者通過在杜氏鹽藻細胞壁附近的連續(xù)離子釋放產(chǎn)生毒作用，過程可能為首先干擾細胞分裂，進而導致生長抑制，且對DNA的損傷隨著ZnO濃度增大而增強?？傊{米材料對微藻的毒作用機制主要包括細胞膜完整性破壞、蛋白質(zhì)氧化與變性、氧化脅迫、基因毒性和納米粒子中金屬離子的釋放等[89]。

5 微塑料對微藻的毒性作用與機制(Toxic effects and mechanisms of microplastics on microalgae)

微塑料(microplastics, MPs)(< 5 mm)在水生生態(tài)環(huán)境中廣泛存在，尺寸小至納米級別，介于1～100 nm之間的塑料稱為納米級微塑料。與納米材料類似，納米級微塑料體積很小，能夠輕易地穿過細胞膜進入藻細胞內(nèi)部，或在藻細胞表面聚集從而引發(fā)遮蔽效應，因此，納米級微塑料對微藻的毒性影響不容小覷。微塑料作為持久性有機污染物的一種，在環(huán)境中能夠穩(wěn)定存在，并且逐漸由大粒徑向小粒徑轉(zhuǎn)變。大量證據(jù)顯示，微塑料可能成為一個“長期”而“持久”的污染問題。近年來微塑料的污染情況逐漸加重，有研究估計到2025年海洋中塑料的積累將增加一個數(shù)量級[90]。

研究已發(fā)現(xiàn)納米微塑料和微藻之間存在吸附作用，吸附取決于微塑料的理化性質(zhì)和微藻的形態(tài)與生理生化特性，這種吸附會阻礙微藻的光合作用并促進ROS的產(chǎn)生[81]。吸附在微藻細胞表面的微塑料可能在表面包裹甚至存在于功能區(qū)，從而限制細胞與環(huán)境之間的能量與物質(zhì)的交換或轉(zhuǎn)移，并阻礙營養(yǎng)物質(zhì)、光、CO2和O2從培養(yǎng)基進入藻細胞內(nèi)。有害的藻代謝產(chǎn)物也有可能被鎖定在細胞內(nèi)從而擾亂藻細胞生長[91]。微藻培養(yǎng)物中微塑料的分布取決于微藻的種類和生理狀態(tài)[92]。物理損傷和氧化應激可能使微藻在微塑料暴露過程中產(chǎn)生類黃酮，并且損傷類囊體和細胞膜[93]。

微塑料對微藻的毒性與其粒徑大小有關(guān)。如小粒徑(0.1 μm)的聚苯乙烯可抑制小球藻的光合作用，其強度大于大粒徑條件下(1.0 μm)。一般來說，微塑料粒徑越小對微藻的毒作用越顯著[93]。Sjollema等[94]發(fā)現(xiàn)小粒徑聚苯乙烯(0.05 μm)可顯著抑制杜氏鹽藻的生長，但當粒徑增加至6 μm時卻無明顯影響。另外，Zhang等[91]發(fā)現(xiàn)聚氯乙烯微塑料(mPVC)(平均粒徑1 μm)顯著抑制微藻的生長，而聚氯乙烯大塊塑料碎片(bPVC)(平均粒徑1 mm)在考察的濃度范圍內(nèi)對微藻生長并無影響。

微塑料可干擾微藻細胞的光合作用。如，納米塑料對微藻生長和葉綠素a的含量有抑制作用，隨濃度增加抑制作用增大[95]。Mao等[93]研究小球藻暴露于不同粒徑的聚苯乙烯時藻細胞光合作用參數(shù)的變化發(fā)現(xiàn)，初期高濃度聚苯乙烯對小球藻的光合作用有抑制作用，且小粒徑(0.1 μm)的抑制作用強于大粒徑(1.0 μm)。隨著聚苯乙烯濃度的增加，對光合參數(shù)的影響也加劇。Fv/Fm在100 mg·L-1聚苯乙烯(0.1 μm)處理下的最大抑制比分別為10 mg·L-1和50 mg·L-1濃度下的1.4倍和1.3倍，而隨著暴露時間延長，0.1 μm聚苯乙烯(100 mg·L-1)30 d后Fv/Fm、RC/ABS和rETRmax相比對照分別升高了5.1%、7.2%和21.8%，F(xiàn)o/Fv降低了14.6%，而暴露于1.0 μm聚苯乙烯(100 mg·L-1)時前三個參數(shù)分別升高了5.1%、6.5%和12.5%，F(xiàn)o/Fv降低了14.1%。光合參數(shù)的變化規(guī)律與生長規(guī)律基本一致，可見，微塑料可以初期抑制而后期促進小球藻的生長，這些結(jié)果為理解微塑料的水生態(tài)風險提供了數(shù)據(jù)支持。

微塑料作用于微藻還可以引起基因水平的改變。Lagarde等[96]研究聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE)微塑料對萊茵衣藻的基因表達的影響發(fā)現(xiàn)， PP和HDPE(兩者粒徑均超過400 μm)在60 d內(nèi)不影響萊茵衣藻的生長，但參與糖生物合成的微藻相關(guān)基因卻出現(xiàn)了顯著的過表達，HDPE的影響尤為突出。關(guān)于基因水平影響的研究仍十分有限，關(guān)于微藻在微塑料脅迫時的基因表達差異與作用機制的研究今后有待加強。

微塑料也可與其他多種污染物共存發(fā)生聯(lián)合毒性作用。Prata等[48]研究發(fā)現(xiàn)在紅色熒光聚乙烯微球(1～5 μm)的存在時，普魯卡因胺和強力霉素在低mg·L-1范圍內(nèi)對海洋朱氏四爿藻(Tetraselmischuii)均表現(xiàn)出毒作用，并且與普魯卡因胺單獨處理相比，微塑料-普魯卡因胺混合物作用下微藻平均生長速率及葉綠素含量顯著降低，同樣微塑料-強力霉素混合處理亦對該藻表現(xiàn)出明顯的生長抑制，可見微塑料存在下混合毒性比藥物單獨存在時對微藻的毒性更強。而Davarpanah和Guilhermino[97]研究銅對朱氏四爿藻的毒作用時，發(fā)現(xiàn)1～5 μm紅色熒光聚乙烯微球在3.68、7.36、14.72、29.44和58.88 mg·L-1濃度下與銅共存并不對其毒作用產(chǎn)生干擾。內(nèi)分泌類干擾物雙酚A(BPA)常用于塑料制品的生產(chǎn)過程，目前在許多微塑料污染物中也發(fā)現(xiàn)有BPA的存在。對于微藻轉(zhuǎn)化BPA，Nakajima等[98]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境中的淡水綠藻可以將BPA代謝為BPA糖苷，而后者可以積累在藻細胞內(nèi)，也可在綠藻作用下部分轉(zhuǎn)化為其他糖苷。

現(xiàn)有的研究認為，微塑料對微藻無明顯的毒性累積效應。Zhang等[91]研究mPVC對微藻的毒性效應發(fā)現(xiàn)，微塑料不會在短時間內(nèi)向微藻釋放有毒物質(zhì)，其與大部分納米材料不同對微藻沒有毒性累積效應，對光合作用的損害作用可隨著暴露時間的延長而減緩。而微藻的生物適應機制(如細胞壁的增厚與微藻之間的均相團聚(homo-aggregation)以及微藻微塑料之間的異相團聚(hetero-aggregation)可能是微塑料對藻類沒有毒性累積效應的潛在原因[93]。

6 稀土元素對微藻的毒性作用與機制(Toxic effects and mechanisms of rare earth elements on microalgae)

稀土元素(rare earth elements, REEs)是周期表中ⅢB族釔和鑭系元素的總稱，是一類容易被忽視的新興污染物。最近隨著REEs在醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、移動通信、能源和彈藥等方面使用量的增加，越來越多的REEs進入水生態(tài)環(huán)境，對人體和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成一定威脅。

目前，研究普遍認為不同的稀土元素對微藻的毒性作用相似，但之間仍存在一定差異[99]。Tai等[100]研究發(fā)現(xiàn)鑭系元素對單細胞微藻的毒性作用水平相當，通過毒性大小對元素之間難以區(qū)分。而Gonzalez等[101]的研究卻發(fā)現(xiàn)，隨著原子序數(shù)的增加，鑭系元素對微藻的毒性作用按照镥(Lu)>釓(Gd)>鈰(Ce)依次減小。一般來說，低劑量的REEs可促進微藻生長，而高劑量REEs則顯著抑制微藻的生長，表現(xiàn)為“Hormesis”即毒物興奮效應，如，釔(Y)作用于微藻，在葉綠素形成過程中釔是某些酶的活化劑，同時Y可促進氮和磷的吸收，因此Y對微藻葉綠素a和可溶性蛋白含量的影響具有毒物興奮效應特征[102]；另有報道指出，0.1～2.0 mg·L-1的釹(Nd Ⅲ)能促進銅綠微囊藻的生長，而高濃度Nd(Ⅲ)則顯著抑制微囊藻的生長[103]；較低濃度的鑭(La)和Ce則對微囊藻的生長具有促進作用，在高濃度時則表現(xiàn)抑制作用，但抑制程度有差異[104]。低劑量La、Gd和Y混合作用于牟氏角毛藻和球等鞭金藻時，混合與單一REEs在低濃度時均可促進藻體生長，但最佳促藻濃度不同[105-106]。對藻細胞膜結(jié)構(gòu)的影響方面，REEs可影響細胞中的中性脂質(zhì)組成，多不飽和脂肪酸降低，飽和脂肪酸增加[99]。干擾Ca(Ⅱ)的代謝及破壞細胞膜也是REEs對微藻的毒作用機制之一[107-108]。

REEs誘導微藻細胞發(fā)生氧化應激反應是其致毒作用的重要機制之一。如，低濃度釔可使藻細胞中SOD活性提高，減少脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物MDA含量，而高濃度釔則降低細胞SOD活性導致MDA含量迅速增加[102]；低濃度Nd(Ⅲ)脅迫下，銅綠微囊藻細胞內(nèi)葉綠素a與可溶性蛋白含量及CAT活性均增加，而高濃度處理組中細胞膜脂過氧化嚴重，MDA含量激增，CAT酶活性降低，藻細胞自身防御系統(tǒng)遭到破壞，氧化還原狀態(tài)失衡，微囊藻生長受到抑制[107]。

REEs作用于微藻光合作用系統(tǒng)，可通過影響光合色素發(fā)揮作用[99,109]，從而導致藻細胞組成的C/P、N/P和C/N比率發(fā)生變化[110]。REEs影響藻細胞光合色素含量的潛在機制可能是其促進了藻體對N和P的吸收，誘發(fā)了葉綠素前體物大量合成，同時REEs還可能是葉綠素形成過程中某些酶的活化劑，在葉綠素形成過程中起到了間接作用[102,107,111]。王學等[112]研究認為葉綠素a含量的變化主要是由于REEs影響了原葉綠素酸酯還原酶的活性和氨基-γ-酮戊酸的合成。一定濃度的REEs可增加藻細胞中C/P、N/P和C/N比率，該現(xiàn)象可能與低劑量REEs促進了微藻同化二氧化碳與氮的吸收有一定關(guān)系。Rubisco(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase)被稱為雙功能酶，表現(xiàn)出羧化酶和氧化酶活性，對光合作用有重要影響。劉超[113]研究發(fā)現(xiàn)一定濃度的La(Ⅲ)、Ce(Ⅲ)和Nd(Ⅲ)可誘導植物的Rubisco-Rubisco活化酶超復合體產(chǎn)生，從而大大加強Rubisco的羧化活性，提高光合碳同化能力；Hong[114]發(fā)現(xiàn)低劑量La(Ⅲ)和Nd(Ⅲ)可誘導Rubisco與其活化酶形成中間復合物。同時，楊革和孔慶娥[115]研究隱甲藻發(fā)現(xiàn)，La(Ⅲ)和Nd(Ⅲ)可促進其固氮酶的活性。此外，隨著藻細胞生長至穩(wěn)定期增長速度的減緩，經(jīng)不同劑量REEs處理的藻細胞中P含量的變化不顯著[110]。

反過來，微藻也反作用于稀土元素，表現(xiàn)出一定的吸收和富集的能力。Birungi等[116]研究微藻細胞對La的吸附和解吸，發(fā)現(xiàn)鏈帶藻(Desmodesmusmultivariabilis)吸附La的效率最高，其最大吸附容量為100 mg·g-1。在初始濃度為100 mg·L-1時，鏈帶藻對La的解吸效率可達到初始濃度的90.92%，若用于富集稀土元素，該藻是優(yōu)選生物之一。

7 小結(jié)(Summary)

環(huán)境中各種新興污染物不斷出現(xiàn)，研究人員正積極努力開展針對新興污染物的風險評價和控制方面的工作。但是無論在科學研究層面，還是在風險控制與管理層面上，做好新興污染物的環(huán)境暴露、作用影響與毒性分析都是危害評估和生態(tài)風險評價的基礎(chǔ)。微藻是地球上生長最快的自養(yǎng)生物，其光合作用為地球生產(chǎn)了約1/2的氧氣[117]，同時作為地球上最重要的初級生產(chǎn)者之一，將大量的二氧化碳固定用于生產(chǎn)各種有機碳化合物，肩負著為其他生物的生存與發(fā)展提供物質(zhì)與能量基礎(chǔ)的重要使命，因此，研究新興污染物對微藻的毒性作用與機制十分必要，不僅對新興污染物的生態(tài)風險研究有重要意義，同時對開發(fā)基于微藻的新興污染物毒性檢測技術(shù)有重要理論參考價值。

目前，新興污染物對微藻的毒性影響具體表現(xiàn)在影響微藻的種間關(guān)系、細胞生長與結(jié)構(gòu)、胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)、干擾細胞內(nèi)抗氧化系統(tǒng)、光合作用過程、基因表達及微藻對污染物的吸收與降解轉(zhuǎn)化等方面。本文介紹了多種新興污染物，其中PFCs對微藻的毒作用與機制仍不深入，主要是氧化應激反應方面有一些報道，對微藻種群和基因?qū)用娴挠绊懹写钊胩骄?。PFCs長期持久地存在于水環(huán)境中，其與其他多種污染物的聯(lián)合作用可能具有持續(xù)深遠的危害，應當予以重視。PAHs對微藻的毒作用與機制研究較少，目前主要集中研究了微藻如何去除PAHs及其機制，因此，今后應當加強其對微藻種間關(guān)系、微藻抗氧化系統(tǒng)與基因表達等方面的研究，特別關(guān)注新型多環(huán)芳烴類污染物。對于PPCPs由于其種類繁多，目前針對微藻的毒作用研究主要集中在抗生素上，針對其他類型PPCPs的研究有待加強。另外，PPCPs在水環(huán)境中長期痕量存在，需關(guān)注低濃度PPCPs的長期污染對微藻的毒性效應乃至對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)納米材料及微塑料對微藻的毒作用與其濃度與粒徑有關(guān)，而這2類污染物對微藻種間關(guān)系及藻細胞基因表達方面的影響研究卻十分有限亟待加強，對藻光合作用的影響機制亦不夠全面。REEs對微藻的毒性研究主要集中在對光合作用的影響方面，對基因表達的影響以及微藻吸收、富集和代謝REEs的研究均涉及較少。

總之，新興污染物對微藻的毒作用與機制的研究仍不系統(tǒng)，尚不清晰，毒性效應及其生態(tài)風險也未能準確判定，今后可以考慮加強以下幾個方面的研究：(1)不僅開展微藻暴露于新興污染物的場景模擬研究，更應重視實際暴露研究，在此過程中探明新興污染物在水/微藻、水/顆粒/微藻、水/底質(zhì)/微藻等多介質(zhì)環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為與賦存形態(tài)變化，分析新興污染物的生物可利用性，并解析新興污染物對微藻的實際暴露水平；(2)開展微藻對新興污染物的降解轉(zhuǎn)化行為研究，探明暴露后微藻代謝通路水平、信號通路水平的變化與機制，更為準確地評估新興污染物對微藻可能帶來的毒性效應，尤其關(guān)注對微藻增殖與固碳產(chǎn)氧能力的影響；(3)微藻在地球上無處不在，是生態(tài)系統(tǒng)中重要的初級生產(chǎn)者，包括氧氣在內(nèi)為其他生物提供了大量用于生存與繁衍所需的物質(zhì)與能量，新興污染物對微藻生長及其群落的干擾可能對整個生態(tài)系統(tǒng)造成巨大風險，因此，建議將微藻列為優(yōu)先檢測生物類群，研究并開發(fā)適用于不同環(huán)境介質(zhì)(包括不同水環(huán)境)的新興污染物微藻毒性快速檢測技術(shù)。

致謝：感謝中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心魏東斌研究員在文章小結(jié)修改中給予的幫助；感謝美國佐治亞理工大學土木與環(huán)境工程學院謝興助理教授對本文英文摘要修改的幫助。