近日，我院2023级硕士研究生陈海洋以第一作者身份在环境科学领域国际知名期刊《Environmental Science & Technology》（IF = 11.3）发表题为“Electrostatic adsorption-driven reorganization of phycosphere eco-corona as a toxicity mechanism of cationic nanoplastics”的研究论文。山东理工大学生命与医药学院谢昌健副教授、中国科学院高能物理研究所张智勇研究员和英国伯明翰大学郭志灵副教授为本文共同通讯作者，山东理工大学为本文第一完成单位。
纳米塑料在淡水生态系统中易与微藻发生异质聚集，但其藻际微环境的界面行为和毒性机制仍不清晰。本研究构建了水生“藻际—塑料”共生体系，通过生长响应、细胞效应、藻际动态和蛋白质组重编程的四层级分析框架，解析了表面电荷驱动纳米塑料—微藻相互作用的调控机制。
图1 研究摘要图
研究发现，带负电的羧基化纳米塑料（PS-COOH）对小球藻生理状态、细胞结构和氧化还原稳态影响较弱，表明藻际-塑料共生体系对其具有较高耐受性。相比之下，带正电的氨基化纳米塑料（PS-NH2）显著抑制藻细胞生物量和叶绿素积累，并诱导持续性活性氧（ROS）产生、脂质过氧化、抗氧化失衡、线粒体膜电位下降等细胞损伤效应，细胞凋亡率最高达89.6%。在藻际分层结构中，不同表面电荷纳米塑料可驱动藻际胞外聚合物（EPS）中酪氨酸样和色氨酸样蛋白组分发生电荷和剂量依赖性重组，表明阳离子纳米塑料可通过静电吸附诱导藻际生态冠重塑。定量蛋白质组学结果进一步显示，PS-COOH主要诱导光系统和电子传递相关蛋白的稳态调节，而PS-NH2则广泛干扰光合作用、碳代谢和蛋白质稳态。
该研究从界面生态冠、细胞毒性和蛋白质组响应等层面揭示了纳米塑料表面电荷调控微藻生物效应的机制，提出了阳离子纳米塑料通过静电吸附驱动藻际生态冠重组并引发细胞损伤的作用路径，为评估塑料颗粒在淡水生态系统中的生物足迹和环境风险提供了机制依据。