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技術文章
TECHNICAL ARTICLES
更新時間：2026-04-21
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隨著對可再生能源需求的日益增長，海上風力發電場正如雨后春筍般在海洋中涌現。這些宏偉的鋼鐵結構長期浸泡在腐蝕性強的海水中，如何防止它們生銹腐蝕，是一個巨大的挑戰。目前，一種廣泛采用的技術是“GACP"。簡單來說，就是在鋼結構上連接一塊更活潑的金屬（如鋁或鋅合金），讓它作為“犧牲品"優先腐蝕，從而保護主體結構。然而，這個“犧牲品"在溶解過程中會向海水中釋放金屬元素，其中最主要的就是鋁（Al）。
鋁在淡水環境中對魚類的毒性已被廣泛研究，但在海洋環境中的影響卻知之甚少。更關鍵的是，GACP系統釋放的不僅僅是鋁，而是一系列金屬元素的“混合物"（包括鋅、銦等），它們共同作用是否會對海洋生物產生更大的毒性？為了解答這個問題，本文介紹的研究采用了海洋Oryzias melastigma作為模型，探討了氯化鋁和GACP系統釋放的金屬混合物對魚類從胚胎到成體的長期影響。
研究設計分為急性毒性實驗和慢性毒性實驗兩部分，全面評估了污染物在不同生命階段的影響。
實驗對象
模式生物：研究選用了Oryzias melastigma。這種小魚體型小、世代周期短、易在實驗室飼養，是環境風險評估的理想模型。
受精卵收集：研究人員從健康的成魚中收集受精卵，經過一系列嚴格的消毒步驟，挑選出發育同步、健康的胚胎用于實驗。
實驗溶液的制備
本研究設置了兩種暴露源，以進行比較：
氯化鋁(AlCl?)溶液：通過溶解AlCl?, 6H2O于海水中，制備含鋁的母液；
GACP溶液：研究人員搭建了一個電化學裝置，通過外加電流促使真實的鋁基原電池陽極（成分與工業用一致）在海水中溶解，從而獲得含有鋁、鋅、鐵、銦等多種元素的真實“混合物"母液。
所有母液均經過沉淀和過濾，將這些母液稀釋成一系列濃度梯度，用于后續實驗。
急性毒性實驗（胚胎-仔魚階段）
暴露方式：將海洋Oryzias melastigma胚胎分別暴露于不同濃度的氯化鋁溶液、GACP溶液以及陰性對照（清潔海水）和陽性對照）中，持續12天，直至孵化（圖1）。
觀測指標：
發育毒性：每天在顯微鏡下觀察胚胎發育情況，記錄死亡率、孵化率、孵化時間以及各種形態畸形（如脊柱彎曲、心包水腫等）。
生長指標：在12天后，測量仔魚的體長。
實驗使用了諾達思的斑馬魚行為軌跡跟蹤系統(DanioVision)。將仔魚放入24孔板，適應后，經歷“黑暗-光照-黑暗-光照"的特定光刺激序列。系統通過動物運動軌跡跟蹤系統(EthoVision XT)自動記錄仔魚在每個階段的運動距離、路徑彎曲度和在孔中間停留的時間。評估幼魚的運動能力和對光刺激的應激反應。
慢性毒性實驗（從胚胎到成魚，150天）
暴露方式：胚胎階段同急性實驗。從12天后孵化開始，將幼魚轉移至更大的養殖缸中，并繼續暴露于不同濃度的實驗溶液（氯化鋁和GACP的多個稀釋濃度）中，直至150天（圖1）。
生長監測：在魚生長到60天、90天和150天時，測量所有魚的體重和體長；
繁殖評估：從60天開始，每天收集每個暴露缸的魚卵，統計產卵量、受精率，評估繁殖成功率。同時，收集親本魚（F0代）在ZG濃度組產下的受精卵（F1代），在清潔海水中培養至12天，觀察其發育情況，評估跨代毒性；
成魚行為學分析：在魚生長到105天時，從陰性對照組和兩個ZG濃度組中挑選成魚，進行一系列標準化的行為測試。所有行為測試均通過攝像機記錄，并使用EthoVision XT進行自動分析，確保了數據的客觀性和精確性；
群體行為測試：將6條魚（3雄3雌）放入一個新水箱，記錄其10分鐘內的活動，分析每條魚的運動距離和群體內個體間的平均距離，以評估群體的凝聚力；
探索能力測試（Z型迷宮）：將單條魚放入一個Z型迷宮的安全區，2分鐘后打開通道，記錄其5分鐘內的行為。分析指標包括：離開安全區的潛伏期、運動距離、進入遠端區域的次數和時間等，以評估其探索欲和膽量；
自發活動測試：將單條魚放入一個3L的觀察缸中，適應10分鐘后，記錄其50分鐘的自發運動軌跡，分析運動距離和路徑彎曲度，評估其基礎活動水平；
焦慮水平測試：將單條魚放入一個狹長的新式水箱中，記錄其5分鐘內的垂直位置變化。分析其在上半區停留的時間和訪問次數。
化學分析與數據統計
在整個實驗過程中，定期采集水樣，分別通過0.45μm濾膜過濾（測溶解態鋁）和不過濾（測總鋁），并精確測定水樣中的鋁濃度。
經過長達150天的暴露和一系列精密的觀測，研究數據揭示了一個復雜但總體令人安心的結果。
暴露濃度確認
化學分析結果顯示，實驗設置的濃度范圍涵蓋了從接近環境相關濃度到遠高于環境濃度的水平。在ZG濃度組，溶解態鋁濃度達到約 190-290 μg/L，總鋁濃度達到約 330-390 μg/L，這模擬了重度污染或最壞情景下的暴露水平。
對存活、生長和繁殖的影響有限
胚胎-仔魚階段：無論是氯化鋁還是GACP暴露，均未對胚胎的存活率、孵化率、畸形率以及仔魚的體長產生顯著影響。仔魚的光運動反應也基本正常。
成魚階段：在長達150天的暴露中，各濃度組的成魚存活率均很高。雖然觀察到一些零星且非劑量依賴性的體重/體長差異（例如，GACP ZD濃度組的魚在某些時間點反而更重，而氯化鋁某個中間濃度組的魚在150天時體重更輕），但在ZG濃度組，魚的生長與對照組相比并無顯著差異。
繁殖與后代：所有暴露組的產卵量和受精率均未受到顯著影響。更重要的是，ZG濃度組親本產下的F1代仔魚，其發育、存活和行為也正常，表明未觀察到明顯的跨代毒性。
行為學揭示的微妙影響
盡管在生存、生長和繁殖這些傳統終點上沒有發現明顯危害，但行為學測試揭示了潛在的微妙影響。
焦慮水平升高：在“新型水箱測試"中，暴露于ZG濃度氯化鋁（AlCl?-C6）的成魚，在上半區停留的時間顯著減少，表現出更明顯的焦慮樣行為（圖2）。暴露于GACP ZG濃度的魚也呈現出同樣的趨勢（盡管未達到統計學顯著水平）。
群體行為改變：在“群體行為測試"中，暴露于GACP ZG濃度的魚傾向于形成更緊湊的群體，個體間的平均距離有縮短的趨勢（圖3）。這通常也與應激水平升高有關，因為緊張的魚會更緊密地聚集在一起以求安全。
其他行為正常：在探索能力和自發活動測試中，所有魚表現均正常。
總結來說，本文介紹的研究表明，在環境相關濃度乃至更高的濃度下，GACP系統釋放的金屬混合物對海洋Oryzias melastigma的存活、生長和繁殖等基本生命活動均未構成嚴重威脅。但是，在高濃度暴露下，研究發現鋁及其混合物會誘發海洋魚類的焦慮樣行為和群體行為的改變。 這表明污染物的影響可能是微妙且深遠的，可能會影響魚類的覓食、躲避天敵和社交互動能力，進而在種群水平上產生潛在影響。
因此，在當前的環境濃度下，GACP系統對海洋魚類的風險有限。但同時也需要警惕：隨著海上風電的快速發展，局部海域的鋁輸入量勢必增加。未來的研究需要關注更低濃度、更長時間的暴露，并從行為變化深入到生理生化機制的研究，以更全面地評估這一新興環境問題的風險。
Blanc-Legendre, Mélanie, et al. “Short and long-term exposure of marine medaka (Oryzias melastigma) to an aluminum salt and to the cocktail of elements released by galvanic anode cathodic protection (GACP): impact on survival, growth, reproduction and behavior." Aquatic Toxicology 283 (2025): 107329.
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