《中国科学院烟台海岸带研究所揭示近海养殖贝类对微塑料的垂直输运机制》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2024-07-28
  • 微塑料(MPs)作为一种新污染物广受关注,有关其在近海环境中的垂直输运机制尚未阐明。成体牡蛎每小时能够过滤5-25升海水,可以充当天然的生物过滤器,这使其能够接触到环境中大量的MPs颗粒。早期研究发现,双壳贝类如贻贝等都有具有沉降MPs的能力,但实际检测到生物沉降的MPs数量较少,这是由于传统检测方法忽略了大量的小粒径MPs(< 50 μm)。中国科学院烟台海岸带研究所近海环境生态学与生境调控团队利用MPs定量的新方法—激光红外成像系统(LDIR),探讨了近海养殖牡蛎在微塑料垂直输运过程中的作用。

    研究团队以长牡蛎(Crassostrea gigas)为研究对象,利用自制沉积物捕集器原位收集了长牡蛎产生的生物沉积物(空壳牡蛎设为对照)。结果发现生物沉降组中MPs丰度显著高于对照组,表明长牡蛎具有极强的生物沉降能力。样品中共鉴定出19种MPs聚合物,其中生物沉降组中19种,对照组和海水中均为12种。粒径小于50 μm的MPs在所有鉴定的MPs样品中占主导地位,分别占海水组、对照组和生物沉积组的85.17%、81.95%和79.12%;聚合物类型为PE、PET、PU和PVA的MPs具有相似的粒径特性(多数<100 μm)。经计算,养殖成体长牡蛎每个个体平均每天沉降的MPs数量为15.88个;Mantel检验结果表明养殖长牡蛎摄入MPs的粒径与MPs的聚合物类型之间没有相关性。该项研究表明养殖牡蛎对近海水体中小粒径MPs具有较强的沉降能力,大面积牡蛎养殖活动能够改变近海环境中MPs的输运和最终命运,这为揭示海洋环境中微塑料的输运机制提供了新认知。

    相关成果发表在国际期刊Journal of Hazardous Materials。中国科学院烟台海岸带研究所硕士研究生李佳森为论文第一作者,王清研究员为论文通讯作者。上述研究工作受到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导专项、烟台市双百计划等项目资助。

    相关论文:

    Li J,Liu J,Wang X,Zhang T,Wang D,Shan E,et al. Vertical transfer of microplastics in nearshore water by cultured filter-feeding oysters. Journal of Hazardous Materials 2024;475: 134769. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134769

  • 原文来源:https://yic.cas.cn/xwzx/kydt/202407/t20240709_7214703.html
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    • 全球塑料污染问题日益严重,尤其是河口地区的微塑料富集及其生态效应引起了广泛关注。河口沉积物是微塑料的主要汇聚库,也是生物地球化学过程的活跃场所,易受外界扰动影响。底栖动物的生物扰动不仅能够改变沉积物结构,也会影响其物质循环。然而,目前关于微塑料如何改变底栖动物行为进而影响沉积物物质循环的研究较为有限。近日,中国科学院烟台海岸带研究所海岸带环境生理生态研究组(赵建民研究团队)以潮间带动物沙蟹(Scopimera globosa)为研究对象,开展了系统模拟实验研究,揭示了微塑料污染下沙蟹行为与沉积物硫循环过程之间的耦合机制。 研究通过室内模拟实验,结合AI视觉识别和宏基因组测序技术,系统探究了微塑料污染对沙蟹行为的调控效应以及沙蟹生物扰动对微塑料迁移、沉积物理化性质和硫循环的影响机制。结果表明,微塑料暴露下沙蟹表现出活动能力减弱、再埋藏时间延长、争斗和爬壁行为频繁等明显的行为异常,表明其处于较高的环境胁迫状态。沙蟹主动规避微塑料丰度较高区域,向深层沉积物迁移的行为,进一步改变了沉积物氧化还原状态与微生物分布格局。沙蟹生物扰动显著增强了微塑料向上迁移的能力,使其在沉积物表层及上覆水中丰度显著增加,可达非扰动条件下的27倍,沙蟹可能是潮间带微塑料再暴露风险的重要驱动因子。沙蟹生物扰动显著改变了沉积物微生物群落结构和硫循环代谢功能。表层沉积物中需氧菌群Pseudomonadota显著增加,而厌氧硫酸盐还原菌Thermodesulfobacteriota显著减少;沙蟹生物扰动促进了深层沉积物中soxA、soxB等硫氧化相关基因表达,但抑制了dsrA、dsrB等硫酸盐还原相关基因表达。 研究成果揭示了微塑料通过调控底栖动物行为间接影响沉积物生物地球化学过程的机制,为海洋微塑料污染生态风险评估提供了新认知。该成果已发表于国际期刊 Environmental Science & Technology上,第一作者为孙超凡博士,通讯作者为王清研究员。研究得到了国家自然科学基金面上项目和烟台海岸带所研究组群项目资助。 论文信息 Sun, C., Liu, H., Teng, J., Feng, W., Wang, D., Wang, X., Zhao, J., & Wang, Q. (2025). Impact of Microplastic Exposure on Sand Crab Scopimera globosa Behavior: Implications for Microplastic Transport and Sulfur Cycling through Bioturbation. Environmental Science & Technology,2025, 59, 7039?7053. https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.5c01192
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    • 编译者:liguiju
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    • 抗衰老机制一直是生命科学前沿热点问题,这个问题在人类和陆生模式生物中已进行了较为深入广泛的研究,但是鲜有关于海洋无脊椎动物寿命决定机制的研究报道。紫扇贝和海湾扇贝同为Argopecten属扇贝,但在长期进化的过程中演化出截然不同的寿命。海湾扇贝的寿命一般不超过14个月,而紫扇贝的寿命可长达7-10年,海湾扇贝与紫扇贝的种间杂交一代寿命比海湾扇贝显著延长,且表现出极其显著的生长优势,因此紫扇贝和海湾扇贝是研究自然条件下海洋动物寿命决定机制的理想模型。中国科学院烟台海岸带研究所王春德研究团队利用生物信息学和分子生物学技术开展系统研究,首次揭示了IIS通路核心基因的遗传变异在两种扇贝寿命决定中的重要作用。相关研究成果分别发表于Aquaculture和Frontiers in Physiology。 胰岛素/IGF-1信号(IIS)通路是陆生模式生物调控其衰老和寿命的保守途径,其中FoxO和PTEN作为重要调节器在该通路中起着关键的调控作用。团队利用前期完成的紫扇贝和海湾扇贝的高质量基因组,通过生物信息学分析发现FoxO和PTEN在进化过程中受到了选择,PTEN的特征基序HCxxGxxR邻近位点和FoxO蛋白邻近AKT磷酸化位点的氨基酸发生了变异。此外,两种扇贝的FoxO在转录激活结构域附近发生了变异,可能会导致不同的FoxO转录活性。因此,推测这些关键位点的变异可能导致FoxO和PTEN活性的改变。在陆生模式生物中,营养限制可导致IIS通路活性被抑制,提高FoxO和PTEN的活性,从而延长寿命。团队发现,营养限制导致两种扇贝的FoxO和PTEN表达均显著上调,但海湾扇贝对营养限制响应速度更快、幅度更大。电离辐射刺激后,紫扇贝的死亡率显著低于海湾扇贝,表现出更强的抗损伤和修复能力。辐照后FoxO的表达量在紫扇贝闭壳肌中显著升高,而在海湾扇贝中显著降低;PTEN的表达量在紫扇贝闭壳肌中显著升高,而在海湾扇贝中则无显著变化。敲降FoxO和PTEN基因的表达后,抗氧化酶SOD和CAT基因的表达量显著降低,同时老化标志酶β-半乳糖苷酶活性显著升高。这些研究结果表明,IIS通路的核心基因FoxO和PTEN可通过营养感受、DNA损伤修复、抗氧化等作用实现代谢保护、基因组稳定性维持以及有害自由基消除,从而证明IIS通路关键基因的遗传变异在海湾扇贝和紫扇贝的寿命决定中发挥重要作用。研究结果将为动物寿命决定机制的研究提供新思路,提升对动物衰老和寿命决定机制理论的认知,同时可为培育长寿命杂交扇贝提供理论基础,具有较高的理论意义和应用价值。 该研究获得国家自然科学基金、山东省农业良种工程项目、山东省贝类产业技术体系和烟台市科技计划项目的支持。中国科学院烟台海岸带研究所王媛(博士研究生)和许瀚之分别为两篇论文的第一作者,卢霞副研究员为两篇论文的通讯作者。 论文信息:Yuan Wang, Xia Lu*, Chunde Wang, Junhao Ning, Min Chen, Ke Yuan, 2022. Potential roles of FoxO in promoting longevity in larger Argopecten scallops. Aquaculture, 561: 738690. DOI: 10.1016/j.aquaculture.2022.738690. Hanzhi Xu, Xia Lu *, Chunde Wang, Junhao Ning, Min Chen, Yuan Wang, Ke Yuan, 2022. Potential roles of PTEN on longevity in two closely related Argopecten scallops with distinct lifespans. Frontiers in Physiology, 1386. DOI: 10.3389/fphys.2022.872562 论文链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0044848622008079 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2022.872562/full?utm_source=dlvr.it&utm_medium=twitter