影响造礁珊瑚对微塑料摄食反应的因素

《Marine Pollution Bulletin》：Factors influencing the feeding responses of reef-building corals to microplastics

　　瓦妮莎·蒂尔皮茨（Vanessa Tirpitz）|玛丽亚·安东尼埃塔·洛佩兹（María Antonieta López）|蒂姆·克雷（Tim Krey）|塞琳·克鲁格（Celine Krüger）|维雷娜·克鲁格-泽克林（Verena Krüger-Zechlin）|莫里茨·纳格尔（Moritz Nagel）|卡特琳·维尔奇卡（Katrin Wiltschka）|罗尔夫-亚历山大·杜林（Rolf-Alexander Düring）|马伦·齐格勒（Maren Ziegler）|杰西卡·赖歇特（Jessica Reichert）
德国吉森尤斯图斯·李比希大学（Justus Liebig University Giessen）动物生态与系统学系海洋全生物组学实验室（Marine Holobiomics Lab）

**摘要**
塑料污染已成为许多海洋生物面临的问题。无处不在的微塑料（MPs）尤其令人担忧，因为它们对多种物种产生影响，包括造礁珊瑚。研究发现珊瑚会与微塑料相互作用，将其吞食甚至融入其骨骼中。然而，关于哪些因素影响珊瑚虫对这些不可消化颗粒的反应的知识仍然有限。本研究旨在揭示影响珊瑚虫对微塑料摄食反应的因素。具体来说，我们：
（I）评估了珊瑚虫在有无生物膜和食物的情况下，对不同微塑料聚合物和形状的摄食反应（即反应、吞食和融入过程）；
（II）分析了与聚合物-生物膜相关的化合物，以推断观察到的差异背后的潜在机制；
（III）评估了食物可用性对珊瑚虫在持续微塑料暴露下的活动影响。
结果表明，聚合物类型对摄食反应的影响最大，而微塑料的形状也会影响吞食和融入过程。虽然我们发现了物种间的反应差异，但生物膜和食物的存在影响较小。我们鉴定出11种可能与微塑料相互作用并具有刺激或毒性作用的化合物。自然食物的存在并未改变珊瑚虫的活动。这些发现表明，尽管珊瑚的颗粒识别机制通常能够区分微塑料和天然颗粒，但主要依赖于对微塑料聚合物释放物质的化学感应，而机械感应则有助于形成特定形状的反应。我们建议未来的珊瑚-微塑料相互作用研究应考虑聚合物和形状的特定效应，因为这些因素似乎是决定珊瑚摄食反应的关键。

**1. 引言**
塑料污染对海洋生物构成了日益严重的威胁。微塑料（MPs，即小于5毫米的塑料颗粒）尤其令人担忧，因为它们在海洋环境中普遍存在，并且已知会对多种物种产生影响，包括造礁珊瑚等生态系统关键物种。然而，我们对自然环境中造礁珊瑚受微塑料影响的了解仍然有限。这主要是因为微塑料具有多种大小、形状和聚合物类型，从而导致不同的生物物理特性。在珊瑚礁中，微塑料最常见的形式是碎片（占52%，Saliu等人，2018年）和纤维（占80%，Ding等人，2019年），其中聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（PA）、聚氯乙烯（PVC）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最常见的聚合物类型（Huang等人，2020年综述）。由于每种聚合物的生产过程不同，释放出的化学物质及其相关化合物的组成和环境作用也各不相同，从类似食物刺激的作用（Greenshields等人，2021年）到有害作用（Lithner等人，2011年）都有。此外，生物污损会改变微塑料在海洋环境中的性质（Kaiser等人，2017年；Gulizia等人，2025年）。在海洋环境中，微塑料上会迅速形成生物膜（Ramsperger等人，2020年），这种微生物群落被称为“塑料圈”，可能成为病原体和有害移动遗传物质交换的热点（Zettler等人，2013年；Zhou等人，2024年）。由于微塑料体积小，其生物特性使其类似于天然食物颗粒，尤其是对于悬浮摄食者如贻贝、海绵和珊瑚（例如Von Moos等人，2012年；Santana等人，2016年；Zantis等人，2022年；De Benedetto等人，2024年）。刺胞动物的颗粒检测和吞食过程可能同时涉及机械感应和化学感应（Watson和Hessinger，1989年；Todaro和Watson，2012年）。因此，造礁珊瑚可能会轻易吞食微塑料（例如Hall等人，2015年；Hankins等人，2018年；Rotjan等人，2019年；Reichert等人，2024a）。通过吞食，微塑料及其携带的病原体或毒素可能绕过珊瑚通常的保护性黏液层进入组织，导致感染和疾病传播（Rotjan等人，2019年）。此外，微塑料的存在还可能改变珊瑚虫的行为（Chapron等人，2018年），可能是由于产生了虚假的饱腹感（Murphy和Quinn，2018年），甚至可能导致肠道堵塞（Rotjan等人，2019年）。在处理这些颗粒的过程中，珊瑚虫可能无法摄取食物颗粒（Reichert等人，2024a），从而导致能量不足（Rades等人，2024年；López等人，2025年）。由于珊瑚除了依赖光合共生体提供的营养外，还依赖颗粒物质作为食物来源，微塑料的增多会对整个珊瑚生态系统造成问题，尤其是那些频繁摄食的异养物种（Houlbrèque和Ferrier-Pagès，2009年；Reichert等人，2024a）。

先前的研究表明，不同类型的微塑料对造礁珊瑚有不同的影响（Reichert等人，2024b；Wilkins和Richmond，2025年）。尽管塑料渗出物或颗粒识别系统可能是原因之一，但驱动这些差异的机制仍不清楚。初步研究还表明，珊瑚能够相对较好地区分微塑料、食物和非食物颗粒（Reichert等人，2024a），但它们不能强烈区分不同类型的聚合物（Allen等人，2017年），并且受到生物因素的影响（Reichert等人，2024a），然而全面理解这些因素的相对重要性仍然具有挑战性。这主要是因为以往的研究较少，且采用的方法和对象不同，难以直接比较。因此，目前尚不清楚珊瑚对微塑料的反应差异主要是由聚合物本身的化学性质、颗粒释放的物质、颗粒形状、生物膜的存在、刺激摄食的食物可用性还是物种特异性差异引起的。目前缺乏在一个统一实验框架内系统比较这些相互作用因素的研究。此外，了解影响珊瑚虫对微塑料反应的具体因素如何转化为珊瑚虫活动的变化至关重要，这对于评估微塑料暴露对珊瑚健康的广泛影响至关重要。虽然已有研究表明微塑料暴露通常会降低珊瑚虫的活动（Tirpitz等人，2025年），但其他影响珊瑚摄食反应的因素如何进一步改变珊瑚虫活动仍不清楚。

通过本研究，我们将颗粒特性、生物影响和摄食环境整合到一个完全交叉的设计中，并直接将摄食反应与持续暴露下的珊瑚虫活动变化联系起来，从而填补了这些空白。本研究的目标是确定这些因素对珊瑚虫对微塑料反应的相对贡献，并了解它们如何在现实暴露情景下转化为珊瑚虫活动的变化。我们假设珊瑚的摄食行为和活动受颗粒特性和暴露环境的差异调节，具体包括：
（I）在受控摄食实验中测试不同微塑料聚合物和颗粒形状以及天然食物和人造颗粒对珊瑚虫摄食反应（反应、吞食和融入过程）的影响；
（II）分析与聚合物-生物膜相关的化合物，以推断观察到的差异背后的潜在机制；
（III）研究不同摄食强度如何影响珊瑚虫在持续微塑料暴露下的活动。

为此，我们研究了两种常见的造礁珊瑚物种（Pocillopora verrucosa（Ellis和Solander，1786年）和Stylophora pistillata（Esper 1792年）对不同形状和聚合物的微塑料的反应（例如Reichert等人，2024a，Reichert等人，2024b），这些珊瑚已被证明会与微塑料相互作用。

**2. 材料与方法**
**2.1. 实验设计与重复性**
为了评估影响珊瑚虫对微塑料反应的因素，我们进行了两项独立实验（图1，图2）。在第一项实验中，我们通过直接摄食试验评估了珊瑚对具有不同特性的微塑料（即聚合物类型、形状、生物膜和食物存在）的摄食反应。提供颗粒后，我们评估了初始反应、吞食和融入过程。作为对照，我们比较了珊瑚对天然颗粒（即食物和沙子）的反应。此外，我们还分析了与微塑料聚合物和生物膜相关的分子。在第二项实验中，我们研究了珊瑚虫在存在不同天然食物情况下对微塑料的反应。为此，我们使用了第一项实验中测试的颗粒混合物，浓度为每升400个颗粒（ppL）。我们研究了两种常见的造礁珊瑚物种：Stylophora pistillata和Pocillopora verrucosa，这两种珊瑚被认为对环境压力敏感，并且经常与微塑料相互作用（Reichert等人，2019年；Reichert等人，2024a；Lanct?t等人，2020年）。这两种珊瑚依赖双重营养来源，既通过光合共生体获取营养，也通过摄取颗粒物质（Ferrier-Pagès等人，1998年；Radice等人，2019年）。为了考虑遗传变异，我们研究了来自德国吉森尤斯图斯·李比希大学Ocean2100设施的不同来源的个体（实验A为6个，实验B为4个，详见表S1）。

**2.2. 珊瑚碎片制备**
珊瑚碎片从每个珊瑚群体的末端分支切割下来，并固定在钓鱼线上，使其在水柱中保持悬挂状态（直接摄食试验每个群体2个碎片，暴露实验每个群体9个碎片）。所有碎片与其它珊瑚礁相关生物（如鱼类、蜗牛和其他珊瑚）一起放置在5000升的水箱中，该水箱连接到一个封闭的循环海水系统，盐度为35，温度为26°C。水在包含蛋白质过滤器、磷酸盐过滤器、钙反应器、UV-C杀菌器和藻类栖息地的技术水箱中处理。光照条件为10:14的光暗周期，光照强度为200 μmol photons cm?2 s?1。磷酸盐浓度保持在<0.02 mg L?1，硝酸盐和亚硝酸盐低于检测限，钙浓度为400 mg L?1，镁浓度为1300 mg L?1。

**2.3. 微塑料颗粒及其特性**
我们使用了六种不同聚合物类型和形状的微塑料颗粒来研究珊瑚的摄食反应，以评估影响珊瑚虫反应的因素。选择的聚合物包括聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚酰胺（PA）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），这些聚合物既常见于珊瑚礁水域（Huang等人，2020年综述），也最常与珊瑚黏液、组织和骨骼相关联（Jandang等人，2024年；Reichert等人，2025年）。此外，这些颗粒也用于早期研究，探讨微塑料在污染加剧情况下对造礁珊瑚生理的影响（Tirpitz等人，2025年）。为了考虑自然珊瑚礁中存在的不同颗粒形态，我们测试了两种主要颗粒形式——碎片和纤维的影响。这些形态在流体动力学行为、表面特性和对造礁珊瑚的影响方面存在显著差异（Reichert等人，2024b），因此也可能在生物相互作用方面存在差异。我们使用PE、PVC和PS作为碎片，PP、PA和PET作为纤维（图S1）。颗粒大小范围选择为符合珊瑚虫可摄取颗粒的典型大小，以及实际附着在珊瑚上的微塑料大小（Reichert等人，2025年）。碎片经过筛选，大小介于100至355 μm之间，平均长度为333.54 ± 148.69 μm，宽度为160.55 ± 65.64 μm；纤维的平均长度为1600.21 ± 1562.22 μm，宽度为107.55 ± 121.67 μm。更多详细信息见Tirpitz等人，2025年。这种颗粒选择使我们能够考虑广泛的现实暴露条件，以及珊瑚在自然环境中遇到的各种化学和物理性质的微塑料（MPs）。为了补充我们的研究，提供与所研究的微塑料相关的有机化学成分的详细信息，我们使用固相微萃取（SPME）结合气相色谱-质谱（GC–MS）技术鉴定了挥发性和非挥发性有机化合物（VOCs和SVOCs）。我们首先对未受污染的微塑料表面进行了盲分析，并评估了检测到的分子。由于方法上的限制，我们选择了一部分目标化合物来分析受生物污染的颗粒以及从这些颗粒中渗出的物质。我们选择的化合物包括可能的珊瑚食物刺激物、毒素以及来自塑料生产过程的物质。对于生物污染实验，每种类型的颗粒取100毫克，将其置于20毫升的玻璃小瓶中，再加入10毫升的海水，然后在室温下用振荡器（320转/分钟）振荡10天。振荡结束后，将微塑料从海水中分离出来并转移到单独的20毫升玻璃小瓶中。此外，还称量了100毫克的未受污染的微塑料并放入玻璃小瓶中。样品使用CombiPAL自动采样器（CTC Analytics AG，瑞士）进行分析，该采样器配备了SPME纤维组件、Trace 1310气相色谱仪（Thermo Fisher Scientific，美国）和ISQ 7000质谱仪（Thermo Fisher Scientific，美国）。SPME过程中，样品在搅拌器中加热至35摄氏度持续8分钟，随后在同一温度下进行顶空提取60分钟。提取完成后，纤维在气相色谱仪的进样器中以250摄氏度进行热脱附2分钟，之后恢复30毫升/分钟的流速。每次SPME循环后，纤维在260摄氏度下烘烤10分钟，以避免对后续样品产生干扰。色谱分离使用熔融石英毛细管柱（TG-XLBMS：60米长，直径0.25毫米，膜厚0.25微米，Thermo Fisher Scientific，美国）完成。初始加热温度设为50摄氏度并保持5分钟，然后以10摄氏度/分钟的速度升至100摄氏度，再以5摄氏度/分钟的速度升至200摄氏度，最后以3摄氏度/分钟的速度升至220摄氏度并保持20分钟。整个实验过程耗时100分钟。作为载气使用的是纯度≥99.999%的氦气（Praxair Inc., 美国），流速为1毫升/分钟。定量分析在5分钟后开始，扫描范围为45至300的所有质荷比。在至少一种样品类型（未受污染的微塑料、受生物污染的微塑料及其渗出物）中出现的较大峰值通过连接到Chromeleon 7.2.9软件的库进行匹配，但未使用纯分析物进行验证。

2.3.1 颗粒的生物污染与食物刺激
为了考虑颗粒条件的环境相关性变化，我们比较了未受污染和被生物膜覆盖的微塑料，因为海洋环境中的塑料会迅速形成微生物生物膜（Ramsperger等人，2020年），这会改变它们的物理化学性质和生物相互作用（Kaiser等人，2017年；Gulizia等人，2025年；Reichert等人，2024a年）。为了制造受生物污染的颗粒，每种微塑料聚合物取100毫克，分别置于100毫升的海水中，在封闭的玻璃罐中培养7天。生物污染的沙子取自其中一个相连水族箱的沙床。由于无法形成生物圈，因此仅使用未受污染的天然食物颗粒。实验中还包括了食物刺激处理，以考虑食物水平的自然变化，这是珊瑚获取能量的关键因素，并调节其对环境压力的生理反应（Huffmyer等人，2021年；López等人，2025年）。为此，4克冷冻桡足类动物（rotes Plankton，Zooschatz，德国）被解冻、清洗并捣碎，然后溶解在40毫升系统中提取的海水中。用移液管将1毫升溶液（约100毫克桡足类动物）加入每个玻璃容器中的珊瑚中。在提供颗粒之前，让溶液在容器中均匀分布10分钟。

2.3.2 天然食物和沙子作为对照颗粒的制备
作为对照颗粒，珊瑚被提供文石沙粒作为非食物颗粒的对照，以及桡足类动物和去壳的Artemia sp.囊泡作为天然食物颗粒的对照。未受污染的沙粒经过干燥处理，而受生物污染的文石沙子则取自循环系统中的沙床。沙子被筛分至100至355微米之间。冷冻的桡足类动物（rotes Plankton，Zooschatz，德国）在温水中解冻并冲洗后用于实验。去壳的Artemia sp.囊泡（Inve，比利时）平均直径为150至180微米，使用前无需额外处理。

2.4 直接喂食实验
为了系统地评估不同类型的微塑料对珊瑚虫反应的影响，我们进行了直接喂食实验，使用了四种不同组成的微塑料（即未受污染的颗粒、受生物污染的颗粒、含有食物刺激物的未受污染颗粒以及含有食物刺激物的受生物污染颗粒），采用了完全交叉设计。天然食物（即Artemia sp.囊泡）和沙子作为对照。珊瑚被放置在装有200毫升系统中海水的单独玻璃容器（300毫升Karen，LAV，土耳其）中，容器置于立体显微镜（EZ4，Leica，德国）下的水浴中。实验过程中密切监测环境因素并保持一致。水参数每周监测一次，保持在稳定的珊瑚礁范围内（盐度35，磷酸盐<0.02毫克/升，硝酸盐和亚硝酸盐低于检测限，钙约400毫克/升，镁约1300毫克/升）（详见第2.2节珊瑚碎片制备）。喂食实验期间，立体显微镜下的光照水平保持恒定。温度通过循环水浴（配备加热器、温度计（VisiTherm，德国）和水泵（SP-500，Resun，德国）控制在26.3±0.85摄氏度，以确保温度均匀分布。珊瑚碎片在实验条件下降温30分钟以适应环境后，才开始提供颗粒。颗粒通过镊子和解剖针手动提供给每个珊瑚虫10秒，并记录珊瑚虫的反应。如果珊瑚虫与颗粒互动（例如将其附着在触手或黏液上），则记录为阳性反应；如果珊瑚虫保持静止且颗粒未附着，则记录为阴性反应。为确保珊瑚虫的反应仅针对提供的颗粒而非仪器或运动，颗粒和仪器都不允许接触珊瑚组织，且颗粒与珊瑚虫的距离保持在1-2毫米。阳性反应后，珊瑚虫可能会吞食或释放颗粒。如果颗粒被完全吞入珊瑚虫口中，则视为吞食；如果颗粒从珊瑚虫口中排出，则视为释放；如果颗粒在2小时后仍未被排出，则视为未被吸收。此外，还记录了反应和吞食的持续时间。任何阴性反应（无反应、释放或排出）后，实验结束，稍作休息后会向另一个珊瑚虫提供新的颗粒。

2.5 暴露实验
为了了解影响珊瑚虫对微塑料反应的因素如何转化为珊瑚虫在微塑料暴露情景下的实际行为，我们在为期五周的暴露实验中研究了两种珊瑚物种的珊瑚虫活动（作为更大规模评估的一部分，详见López等人，2025年）。简而言之，珊瑚虫暴露于测试微塑料的混合物中，浓度为400 ppL，同时进行不同喂养强度的处理（每周两次中等强度喂养与每天高强度喂养）。实验还包括无微塑料和中等喂养强度的对照情景。每种处理在三个38升的水箱中重复进行。每个水箱中包含一个每种珊瑚群体的碎片（每个物种n=6个），以及蜗牛（Turbo sp.和Euplica sp.），以减少藻类生长。实验水箱配备了循环泵（S-700，Resun，中国）和造波泵（easyStream pro ES-28，Aqualight，德国），产生3.8厘米/秒的水流速度。温度通过反馈控制的加热器（300瓦，Schego，德国）和GHL Temp Sensor数字传感器及ProfiLux 3（GHL Advanced Technology，德国）维持在26±0.5摄氏度。照明由LED灯（每个水箱4条LED灯带，AQUARAY，德国）提供，光照强度为200微摩尔光子/平方厘米·秒，光照周期为10:14。水箱连接到5000升的循环海水系统，并配备两个出流过滤器（网孔大小：65微米），以保持微塑料在水箱内。钙的平均浓度为400毫克/升（每周用EDTA滴定测量），磷酸盐浓度（PO43?）保持在0.02毫克/升以下（每周用Spectroquant Phosphate Test，Merck KGaA，德国测量），硝酸盐（NO3?）和亚硝酸盐（NO2?）始终低于检测限（每周用Nitrate Test Merckoquant，Merck KGaA，德国测量）。镁的平均浓度为1300毫克/升（每月用Mg Profi Test，Salifert，荷兰测量）。珊瑚虫活动通过视觉观察评估，碎片被分为“活跃”、“中等活跃”或“不活跃”。如果90%以上的珊瑚虫触手完全伸展、运动并暴露口部开口，则归类为“活跃”；“中等活跃”的碎片指触手伸展但不动，口部开口部分或完全不暴露；“不活跃”的碎片指超过50%的触手收缩（见图S2）。每周连续两天在实验水箱内观察珊瑚虫活动，其中一天仅提供高强度喂养，另一天同时提供两种喂养方式（上午11点、下午1点和下午3点），以反映五周暴露期间的昼夜节律。统计分析时，将类别转换为数值：活跃=1，中等活跃=0.5，不活跃=0.2。

2.6 统计分析
使用“R Project for Statistical Computing”软件（R版本4.3.2，2023-10-31）及其图形用户界面“RStudio”（版本2023.12.1+402，RStudio Inc., 美国）进行数据分析。数据处理使用了“dplyr”（Wickham等人，2023）、“tidyverse”（Wickham，2023）、“magrittr”（Bache等人，2022）和“rstatix”（Kassambara，2021）包。珊瑚虫对提供颗粒的反应（反应、吞食和吸收）使用“lme4” R包中的广义线性混合效应模型（glmer）（Bates等人，2019）进行分析。随后使用“multcomp”包中的glht posthoc检验进行Tukey比较，以校正多重检验（Hothorn等人，2020）。在此过程中，我们将处理设置为固定因素，珊瑚群体设置为随机因素。首先比较不同微塑料类型的反应，其次比较微塑料形状的影响，最后比较生物因素的影响。为了测试不同决定因素（颗粒类型和形状、生物膜的存在和食物刺激物以及珊瑚物种）的总体效应，将相应的决定因素设置为固定因素，将珊瑚群体及其他所有决定因素设置为随机因素。此外，我们还纳入了对反应影响最大的微塑料类型。为了比较不同决定因素对反应比值比（OR）的影响，计算了OR值，即一个组别事件发生的相对可能性。OR值大于1表示可能性增加，OR值小于1表示可能性降低。为了展示与微塑料相关的化学物质组成的差异，数据使用“vegan”包（Oksanen等人，2025）进行了非度量多维缩放（NMDS）显示。由于缺乏技术重复性，未进行进一步的统计分析。所有其他结果均使用R包‘ggplot2’（Wickham等人，2019年）进行可视化处理。通过使用glmers模型评估了自然食物可获得性的变化对珊瑚虫在持续微塑料（MPs）暴露下的活动影响，其中珊瑚虫活动作为固定因素，而珊瑚群体、一天中的时间以及测量日期作为随机因素。有关模型规格的详细信息可以在补充章节S2“补充结果”中找到。

3. 结果
3.1. 珊瑚虫对不同聚合物类型的反应
比较珊瑚对六种不同微塑料聚合物、自然食物颗粒（桡足类和Artemia属囊胚）以及自然非食物颗粒（沙子）的摄食反应后发现，生物和非生物因素对摄食行为有不同的影响（图3；表S2）。虽然两种珊瑚都更喜欢自然食物（37–45%，p < 0.0001），但它们对不同微塑料聚合物类型的反应却有所不同。此外，它们在微塑料颗粒和沙子颗粒之间没有明显的区别。在两种珊瑚中，微塑料的摄入事件都太罕见，无法进行统计上的频率比较。

图3. Pocillopora verrucosa和Stylophora pistillata对不同微塑料聚合物和自然颗粒的人工喂食反应。比较了自然食物颗粒（桡足类和Artemia属囊胚）、微塑料（PE = 聚乙烯，PVC = 聚氯乙烯，PS = 聚苯乙烯，PA = 聚酰胺，PP = 聚丙烯，PET = 对苯二甲酸聚乙二醇酯）以及自然非食物颗粒（沙子）。无反应或反应、释放或摄入以及排出或吸收的发生率以百分比表示，阳性反应事件的总数显示在条形图的顶部。
在10%的喂食情况下，珊瑚对PET的反应最少（PET与其他所有微塑料相比：p < 0.02）。与自然食物、PE和PP相比，PA的处理时间更长（PA与桡足类、Artemia、PE和PP相比：p < 0.01，图S3和表S3）。PE和自然食物的摄入率在统计上相当（40%），而PVC、PS、PP和沙子的释放率超过90%（桡足类和Artemia与PVC、PS、PP和沙子相比：p ≤ 0.01）。相比之下，PA和PET没有被摄入。
Stylophora pistillata对提供的颗粒表现出更明显的反应。与PVC、PS、PA、PET和沙子相比，PE引起的反应更多；而PVC引起的反应比PA、PP和沙子更多（PE与PVC、PS、PA、PET和沙子相比：p < 0.05；PVC与PA、PP和沙子相比：p < 0.01；PS与PP相比：p = 0.0018；PP与PET相比：p = 0.0006）。与大多数其他颗粒相比，PE的处理时间最短（PE与桡足类、Artemia、PA、PP、PET和沙子相比：p < 0.05，表SX）。虽然自然食物和PE在反应后经常被摄入（>44%），但PVC、PS、PA、PP和沙子的释放率显著更高（>90%；桡足类、Artemia和PE与PVC、PS、PP和沙子相比：p < 0.05）。同样，PET颗粒没有被摄入。

3.2. 珊瑚虫对不同形状的PA和PP的反应
在比较两种聚合物（PA和PP）以两种不同形状（碎片和纤维）的珊瑚虫摄食反应时，我们发现两种珊瑚在形状上存在差异（图4；表S4）。特别是对于PA和PP两种聚合物，P. verrucosa在不同形状之间的反应频率也不同（碎片与纤维：p < 0.03）。Stylophora pistillata仅在PP的反应过程中对形状有差异（碎片与纤维：p < 0.0208）。两种珊瑚处理碎片的时间都比处理纤维的时间更长（PA和PP - 碎片与纤维：p < 0.0001，图S4和表S5）。总体而言，两种珊瑚只有在聚合物以纤维形式存在时才会摄入或甚至吸收PA和PP。

图4. Pocillopora verrucosa和Stylophora pistillata对PA（聚酰胺）和PP（聚丙烯）以碎片形式（n = 150）和以纤维形式（n = 150）的人工喂食反应（无反应，或反应表现为释放、排出或吸收）的百分比。阳性反应的发生率以总数显示在条形图的顶部。星号表示同一聚合物不同形状之间的显著差异。

3.3. 在有食物存在的情况下，珊瑚虫对受污染和未受污染的微塑料的反应
评估珊瑚在没有生物膜和有生物膜以及有摄食触发因素存在下的摄食反应发现，两种生物因素都影响了摄食行为（图5；表S6）。虽然生物因素的普遍程度较低导致两种珊瑚的初始反应率较低，但只有P. verrucosa的摄入受到不同影响。同样，摄入频率的统计比较没有意义。

图5. Pocillopora verrucosa和Stylophora pistillata对人工喂食的反应。无反应或反应、释放或摄入以及排出或吸收的发生率以百分比表示。使用了四种生物条件下的碎片（PE、PS和PVC）和纤维（PA、PP和PET）：未受污染的微塑料、受污染的微塑料、加入压碎的桡足类的受污染微塑料以及加入压碎的桡足类的受污染微塑料作为摄食触发因素。字母表示从广义混合效应模型中得出的显著性组，条形图顶部的数字表示阳性反应事件。
具体来说，P. verrucosa在没有摄食触发因素的情况下对没有生物膜的微塑料反应最频繁。随着生物影响的增加，对碎片形状颗粒的反应减少（微塑料与微塑料+触发因素：p < 0.005；受污染的微塑料与受污染的微塑料+触发因素：p = 0.0047）。当提供纤维时也观察到了类似的模式（微塑料与受污染的微塑料：p < 0.01；受污染的微塑料与受污染的微塑料+触发因素：p = 0.0042；微塑料+触发因素与受污染的微塑料+触发因素：p < 0.0001）。与未受污染的微塑料碎片相比，受污染的微塑料碎片被摄入的频率较低（微塑料与受污染的微塑料：p = 0.0279）。此外，当同时存在两种生物因素时，P. verrucosa摄入的纤维更多（微塑料与受污染的微塑料：p < 0.03）。虽然生物因素不影响碎片的吸收，但只有当微塑料纤维受到污染时才会被吸收。
另一方面，Stylophora pistillata仅在初始反应时区分了微塑料纤维和受污染的微塑料纤维（微塑料与受污染的微塑料：p = 0.0279）。然而，我们发现当没有摄食触发因素时，这种珊瑚处理碎片的时间通常较短（微塑料与受污染的微塑料：p < 0.03），而在模拟食物可用性时则相反（受污染的微塑料和微塑料与受污染的微塑料+触发因素：p < 0.03），尽管这对摄入时间有相反的影响（微塑料与微塑料+触发因素：p < 0.04，图S5；表S7）。受污染的纤维总是被排出。

3.4. 影响珊瑚虫反应的因素比较
总体而言，我们发现珊瑚虫对微塑料颗粒的反应受到不同因素的影响，这取决于反应的阶段（图6，表S8）。珊瑚虫的初始反应最受提供的聚合物类型的影响。具体来说，当提供PE时，反应率比提供PVC时高86%（p < 0.0001）。此外，生物膜的存在和摄食触发因素的存在也会降低阳性反应的可能性（p < 0.001）。物种身份也会影响反应，Stylophora pistillata的反应频率低于P. verrucosa（31%，p < 0.0001）。总体而言，当提供微塑料时，反应率比提供食物颗粒时低80%（食物与微塑料：p < 0.001）。

图6. 线性混合效应模型的比值比（OR），在对数尺度上比较了三种阳性摄食反应（反应、摄入和吸收）的左右不同决定因素。给出了微塑料与食物、聚合物A和B之间的差异（反应：PVC与PE，摄入：PP与PE，吸收：PA与PE），碎片与纤维，未受污染与受污染，无摄食触发因素与有摄食触发因素，以及Stylophora pistillata与P. verrucosa之间的差异。显著差异以黑色显示，级别使用：*p < 0.05，**p < 0.01，***p < 0.001。
摄入主要取决于微塑料类型，PP的摄入率比PE低94%（PP与PE：p < 0.0001），其次是微塑料的形状（碎片与纤维：p = 0.0247），纤维的摄入率比碎片高680%。生物膜或食物的存在对摄入没有影响。Stylophora pistillata摄入的颗粒数量比P. verrucosa多153%（p < 0.0001）。总体而言，提供的颗粒类型影响了摄入（食物与微塑料：p = 0.0037），微塑料的摄入率比食物颗粒低95%。
最终吸收受到微塑料类型和形状的影响，PE的吸收率比PA高91%（p = 0.0048），纤维的吸收率比碎片高40%（p < 0.0249）。此外，摄食触发因素的存在使吸收率增加了64%（p < 0.022）。

3.5. 与微塑料相关的化合物
为了评估与不同微塑料聚合物相关的有机化合物，我们使用海水作为对照，并对未受污染的微塑料、受污染的微塑料以及微塑料浸泡后的海水（渗滤液）进行了GC–MS分析。我们鉴定出11种可能与珊瑚摄食刺激或毒素相关，或是塑料生产过程的一部分的有机化合物（表1）。这些目标化合物在海水对照中均未出现。总体而言，我们观察到化合物与聚合物的特定模式（图7，p = 0.0002，表S9–10），但只有一种趋势表明化合物依赖于微塑料条件（p = 0.0566，表S10）。具体来说，最多有四种化合物与一种聚合物相关。大多数化合物在受污染的PVC、PP和PA微塑料中共同存在。此外，我们看到只有四种化合物存在于所有三种条件（渗滤液、受污染的微塑料和未受污染的微塑料）的样本中。

表1. 与所采样聚合物相关的所有暂时鉴定化合物的化学式及其潜在生物学作用。潜在作用和/或来源通过国家医学图书馆确定，并分类为摄食触发因素（F）、毒素（T）、来自生产过程（P）和未知（U）。更多详细信息见S.2.5. 与微塑料相关的化合物渗滤液。
公式 | 鉴定化合物（暂时库匹配） | 潜在作用
--- | --- | ---
C8H9NO2O | 苯肟-，甲氧基-苯基- | TPP，PET
C14H26O4 | 丙烯二酸，乙基(3-甲基丁基)-，二乙酯 | PP，PET，PP，PS，PVC
C10H16O | 乙醛，(3,3-二甲基环己烯)-，(E-)/乙醛，(3,3-二甲基环己烯)-，(Z-) | FPP
C21H44 | 庚烷FPET，PP，PA
C6H15N | 三乙胺PP
C8H18O | 1-己醇，2-乙基-，2-丙基-1-戊醇 | F，PP
C8H8 | 苯乙烯 | PS
C10H16 | d-柠檬烯FP
C16H16 | 环丁烷，1,2-二苯基U
C16H16O | 己醛，2-乙基-F，PP | PVC，PE
C16H30O4 | 戊酸，2,2,4-三甲基-3-羧基异丙基，2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇二异丁酸酯 | FPET，PS，PVC，PED

图7. A) 每种条件下每种聚合物之间共享的化合物，包括每种类型的总数（集合大小），以及共享化合物的绝对数量（垂直条形图）和它们的相似伙伴（实心点）。B) 与微塑料条件（受污染的、渗滤液或未受污染的）和聚合物（PE = 聚乙烯，PVC = 聚氯乙烯，PS = 聚苯乙烯，PA = 聚酰胺，PP = 对苯二甲酸聚乙二醇酯）相关的分子的网络聚类分析（NMDS）。

3.6. 在持续微塑料暴露下，不同摄食水平下的珊瑚虫活动
在持续暴露于微塑料的情况下，P. verrucosa和Stylophora pistillata在中等和高摄食普遍性下的珊瑚虫活动没有差异（图8，表S8）。

图8. Pocillopora verrucosa和Stylophora pistillata在暴露于微塑料混合物（MP）与暴露于微塑料和增加的食物可用性（MP + 食物）5周后的珊瑚虫活动平均排名。

4. 讨论
本研究系统地分离了聚合物身份、颗粒形状和生物背景在单一、完全交叉的实验框架内对珊瑚摄食反应的影响。在两种珊瑚中，我们的结果表明，聚合物化学性质是初始颗粒识别和摄入的主要驱动因素，而颗粒形状在后期处理阶段变得更加重要，尤其是在吸收过程中。相比之下，生物污染和食物线索对反应的调节作用较弱，这些短期效应并未转化为慢性暴露期间珊瑚虫活动的可测量差异。我们鉴定出11种与微塑料相关的化合物，这些化合物主要存在于有生物膜的微塑料样本中，可能作为摄食触发因素或毒素。在持续微塑料暴露下，珊瑚虫活动并未因食物的普遍性而改变，这突显了生物因素的次要影响。

4.1. 聚合物类型对反应和摄入反应的影响最大
珊瑚的初始反应和摄入最受提供的聚合物类型的影响。这表明珊瑚可能不将微塑料视为统一的颗粒类别，而是根据与聚合物相关的线索选择性地作出反应。这些特定于聚合物的反应差异的原因可能基于颗粒的化学组成。GC–MS分析显示，与微塑料相关的化合物在很大程度上是特定于聚合物的，导致颗粒及其周围水中的渗滤液谱不同。这表明珊瑚在初始反应过程中强烈依赖于化学感受。珊瑚可能通过化学感受检测到这些化合物，并触发或抑制进食反应，正如观察到的氨基酸所起的作用（Lewis和Price，1975年）。不同聚合物的化学特征源于它们的生产途径、化学组成和添加剂。聚合物的特性（如颗粒密度）各不相同（PET > PVC > PP > PA > PS > PE，数据来源于MatWeb, LLC），珊瑚可能通过机械触觉机制感知到这些差异。低至中等密度的聚合物可能产生的触觉刺激与中性浮力的天然食物相似，这在决定是否摄取颗粒时起着重要作用（Giez等人，2024年）。此外，所使用的微塑料颗粒（MPs）来自不同的来源，并经历了不同的破碎过程，导致表面结构不同，例如颗粒与纤维之间的差异。颗粒表面的微观结构也可能影响珊瑚的机械感受。同样，聚合物在物理性质上也存在差异，例如表面自由能（PA > PET > PS > PVC > PE，Bailón-Moreno等人，2024年）。由于水螅（Hydra vulgaris）作为一种刺胞动物模型生物已被证明可以在不同电场下改变刺细胞的释放和捕食率（Gitter等人，1994年），这些不同的电荷可能导致不同的反应。将珊瑚对微塑料颗粒的反应与对天然食物的反应进行比较，为解释颗粒识别提供了重要背景。观察到的模式支持了珊瑚存在有效的区分机制，使它们能够区分营养性颗粒和非营养性颗粒，这与早期研究结果一致（Allen等人，2017年；Reichert等人，2024a年）。有趣的是，珊瑚对聚乙烯（PE）的反应与其他聚合物不同，更接近于对天然食物的反应。一旦PE通过了初始反应阶段，它似乎不再被识别为人工颗粒，而是像天然食物一样被频繁摄取。这一点从PE颗粒较低的相互作用时间可以得到证实。尽管我们的方法未能发现PE中含有更多的潜在进食刺激物，但PE特有的成分可能模仿了食物的特性。聚合物对微塑料颗粒反应的差异可能导致珊瑚对特定污染物的吸收程度不同，从而使某些珊瑚成为这些污染物的聚集地。微塑料颗粒的吸收可能对造礁生物产生不可预见的后果，例如影响它们的骨骼完整性。这些发现强调了在实验室研究中包含聚合物混合物的重要性，以避免高估微塑料颗粒在自然环境中的影响。

4.2. 颗粒形状对吸收的影响最大
比较同一种聚合物的不同形状时，发现珊瑚对纤维的反应频率更高且持续时间更长，仅吸收纤维。这与我们比较混合物中不同形状和聚合物类型时的发现相反。这种差异可能是由于强烈的聚合物特异性反应掩盖了形状特异性反应。在这两种情况下，结构特征在处理颗粒时显得更为重要。纤维可能对珊瑚生理的影响比颗粒更大（Reichert等人，2024b年）。这可能归因于它们更高的反应和吸收率。由于纤维的形状较长，珊瑚虫处理纤维时可能会更加困难，而颗粒形状相对较圆。此外，多个珊瑚虫可能同时对一根纤维作出反应，或者纤维可能会缠结形成大团块（Reichert等人，2024b年）。这些团块可能会对珊瑚组织造成机械损伤。因此，纤维的影响在自然环境中可能比主要关注颗粒的研究所暗示的更为严重。此外，纤维的形状可能有助于它们被珊瑚骨骼吸收，这可能导致在一些野生珊瑚样本中观察到相对较高的丰度（Zhou等人，2022年）。

4.3. 生物膜和进食触发因素对进食反应的影响较小
珊瑚虫的初始反应还受到生物膜存在的影响。带有生物膜的颗粒反应率较低，这可能是由于存在与微塑料颗粒相关的化合物。这些化合物主要存在于生物膜中。我们测试了可能作为进食触发因素或毒素的化合物，但数据并不支持它们增强反应的作用。总体而言，生物膜在珊瑚进食过程中的作用尚不清楚。鉴于观察到珊瑚会从微塑料颗粒上的生物膜中吸收微生物（Rotjan等人，2019年），可以推测珊瑚也可能从生物膜中消化并获取能量。同样，进食触发因素的存在也减少了初始反应，但增加了颗粒的吸收。虽然这与我们的预期相反，但这可能是由于水族箱中饲养的珊瑚习惯了定期进食。观察到在食物供应稳定的情况下，珊瑚对异养进食策略的依赖性降低（Palardy等人，2008年），这可能导致整体进食反应和珊瑚虫活动减少。我们之前评估多种珊瑚物种对聚乙烯微塑料颗粒的基本进食反应的研究显示了相反的结果，在生物膜或进食刺激物存在的情况下，进食率增加（Reichert等人，2024a年）。然而，由于在这两项研究中，这两种物种对天然食物颗粒（即卤虫囊肿或活卤虫）和微塑料颗粒的反应率相当，我们怀疑使用的进食触发因素的组成存在差异，这超出了我们的测试能力。此外，不同的暴露条件（如水质、温度、光照或营养水平）也可能影响测试珊瑚的进食反应（Reichert等人，2024a年）。这突显了环境因素对珊瑚进食反应的复杂相互作用，需要在评估微塑料颗粒作为珊瑚礁压力源的影响时加以考虑。

4.4. 物种特异性差异导致细微的进食反应
总体而言，P. verrucosa对颗粒的反应频率更高，但吸收和整合的频率低于S. pistillata，表明这两种物种在初始检测后处理颗粒的方式有所不同。这些模式表明P. verrucosa在早期阶段就区分了颗粒特性，而S. pistillata在后期处理阶段表现出更强的选择性。生物因素的影响进一步表明，P. verrucosa的颗粒识别机制可能对环境线索更为敏感。尽管之前认为S. pistillata具有更强的颗粒识别能力（Reichert等人，2024a年；Reichert等人，2024b年），但我们的发现表明识别过程涉及多个阶段，并且更加细致。S. pistillata更高的吸收倾向可能增加颗粒在骨骼结构中的保留概率，而P. verrucosa较宽泛但选择性较低的响应可能导致由更多类型的颗粒引起的累积效应，从而导致不同的、但可能是有害的生态后果。

4.5. 持续暴露于微塑料颗粒下，珊瑚虫的活动不受天然食物存在的影响
总体而言，连续五周暴露于微塑料颗粒并未改变两种珊瑚物种的珊瑚虫活动，无论天然食物的存在与否。这种在持续暴露于微塑料颗粒的情况下，食物可用性对珊瑚虫活动的影响缺失，可能意味着尽管我们在手动进食试验中发现珊瑚的颗粒识别机制会受到食物可用性的影响，但这些影响太小或根本不会体现在珊瑚虫的整体活动中。这强调了进食研究的结果，表明生物因素对珊瑚对微塑料颗粒的直接反应只有轻微的影响。先前的研究表明，暴露于微塑料颗粒会降低珊瑚虫的活动，且随着颗粒浓度的增加而减少（Tirpitz等人，2025年），我们在这里也观察到了这一点。据推测，珊瑚虫活动减少可能是由于肠道堵塞或虚假的饱腹感（Allen等人，2017年），因为模型生物的饱腹珊瑚虫通常表现出较低的活动（Giez等人，2024年）。如果珊瑚具有有效的颗粒识别机制，即使在对微塑料颗粒的暴露下活动减少，它们也可能吸收更高比例的食物颗粒。然而，这种识别机制似乎不是对暴露的适应（Rades等人，2022年），而是某些物种固有的优势（Reichert等人，2024a年）。共生珊瑚的双重饮食方式允许那些颗粒识别能力较低的物种通过光合共生体维持营养摄入。然而，像海洋变暖这样的额外压力因素会破坏珊瑚-光合共生体的共生关系，使这些物种变得脆弱，因为它们的补偿性异养进食机制在受污染的环境中可能会失效。这些发现表明，影响直接进食反应的因素并不总是导致长期的行为变化。这强调了需要区分初始颗粒识别过程和珊瑚随时间对微塑料颗粒的持续反应。

4.6. 对珊瑚礁的影响
从生态学角度来看，珊瑚对不同聚合物类型和颗粒形状的选择性表明，微塑料污染的组成决定了暴露如何转化为生物相互作用。这种选择性在自然条件下也很可能起作用，其中颗粒处理可能会增加处理难度并干扰捕食，影响能量分配，特别是在严重依赖异养营养的物种中（Reichert等人，2024a年）。随着时间的推移，选择性吸收和整合可能会损害造礁珊瑚的进食效率、生长、钙化作用和代谢性能（Chapron等人，2018年；Reichert等人，2019年；Tang等人，2018年；Lanct?t等人，2020年），从而影响珊瑚的表现、骨骼完整性和珊瑚礁的功能，尤其是在与其他压力因素共同作用的情况下（Reichert等人，2021年；Bove等人，2023年；López等人，2025年）。选择性还决定了哪些颗粒会在组织中持续存在或嵌入骨骼结构中，这对结构完整性、碳酸盐生产和长期珊瑚礁积累有潜在影响（Reichert等人，2021年）。尽管这里测试的珊瑚更倾向于吸收聚乙烯（PE），但其正浮力可能降低了与密度更大的聚合物的相遇概率，后者在珊瑚骨骼中更常见（Jandang等人，2024年；Reichert等人，2025年）。因此，暴露不仅受颗粒性质的影响，还受生物可利用性和流体动力学条件的控制，这些因素共同决定了相遇概率和生态风险。

4.7. 结论
本研究全面评估了影响珊瑚虫对微塑料颗粒反应的因素。我们发现，对于两种物种而言，聚合物类型是颗粒识别和吸收的主要驱动因素。颗粒形状在后期处理阶段变得更加重要，并显著影响吸收。相比之下，生物因素的影响相对较小，并且在长期暴露下不会体现在珊瑚虫活动中。这些发现共同表明，珊瑚对微塑料颗粒的反应受到颗粒性质和暴露特征的综合作用。因此，在未来的风险评估研究中考虑这些因素对于理解微塑料颗粒在现实环境中的影响至关重要。

作者贡献声明：
Vanessa Tirpitz：写作——审阅与编辑、撰写初稿、可视化、方法学、调查、数据分析、概念化。
María Antonieta López：写作——审阅与编辑、调查。
Tim Krey：写作——审阅与编辑、方法学、调查。
Celine Krüger：写作——审阅与编辑、方法学、调查。
Verena Krüger-Zechlin：写作——审阅与编辑、方法学、调查。
Moritz Nagel：写作——审阅与编辑、方法学、调查。
Katrin Wiltschka：写作——审阅与编辑、方法学、调查。
Rolf-Alexander Düring：写作——审阅与编辑、资源准备、概念化。
Maren Ziegler：写作——审阅与编辑、监督、资源准备。
Jessica Reichert：写作——审阅与编辑、监督、方法学、概念化。