Polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAKs) sind eine Klasse persistenter organischer Schadstoffe, die weit verbreitet in Atmosphäre, Wasser und Boden vorkommen und teratogene, krebserzeugende und mutagene Eigenschaften besitzen, wodurch sie die Sicherheit aquatischer Ökosysteme erheblich bedrohen. Algen sind als primäre Produzenten aquatischer Ökosysteme ein empfindliches Ziel für die toxischen Wirkungen von PAKs im photosynthetischen System, jedoch sind die durch PAKs verursachten Schäden am photosynthetischen System der Algen und deren transkriptionelle Regulationsmechanismen noch nicht vollständig geklärt. In dieser Studie wurde die Modell-Süßwasseralge Raphidocelis subcapitata als Untersuchungsobjekt verwendet, kombiniert mit Chlorophyll-Fluoreszenz-Bildgebung und Transkriptomanalyse, um die Auswirkungen von PAKs auf das photosynthetische System der Algen und die zugehörigen Regulationsmechanismen zu untersuchen. Die Ergebnisse zeigten, dass die Hemmwirkung von Benzo[a]pyren auf die maximale photochemische Effizienz von Raphidocelis subcapitata insgesamt schwächer war als die von Phänanthren (PHE) und Pyren (PYR). Die Elektronentransferrate der Algen in den mit PHE und PYR behandelten Gruppen sank jeweils auf 43 % bzw. 49 % der Kontrollgruppe, während die Auswirkungen von PAKs auf den nicht-photochemischen Quench-Koeffizienten der Algen gering waren. Die Expression von fünf Schlüsselgenen des photosynthetischen Systems der Algen (cabII-1, LHCA4, LHCA5, PsbP und PsaN) zeigte eine zeitabhängige Abhängigkeit mit einem deutlichen Hochregulierungstrend zwischen Tag 3 und 5 der Exposition und einer Rückkehr zum Ausgangsniveau am Tag 7; mit zunehmender Expositionsdauer gerieten die transkriptionellen Regulationsmechanismen des photosynthetischen Systems der Algen allmählich aus dem Gleichgewicht, was letztlich zu einer anhaltenden Beeinträchtigung der photosynthetischen Funktion führte. Die Studie klärt auf physiologischer und molekularer Ebene die Schadensmechanismen und transkriptionellen Regulationsmerkmale von PAKs im photosynthetischen System der Algen und bietet eine theoretische Grundlage für die ökotoxikologische Bewertung von PAKs und das Risiko für aquatische Ökosysteme.

polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe; Raphidocelis subcapitata; Transkriptom; Photosynthese