【摘 要】
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人体肠道中每年通过饮食摄入超过100,000个微塑料颗粒,学者也不断研究微塑料在水环境、陆地生态系统和土壤生物中的污染和毒性。由于微塑料的粒径小、比表面积大,常作为小分子污染物在环境中迁移和富集的载体,故微塑料携带污染物的综合环境效应和生物毒性更为复杂。携带污染物的微塑料在进入生物体后会在胃肠道中积累,肠道微生物作为生物体生理过程的重要调节剂,微塑料携带污染物的联合污染会改变肠道微生物种群结构并扰
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人体肠道中每年通过饮食摄入超过100,000个微塑料颗粒,学者也不断研究微塑料在水环境、陆地生态系统和土壤生物中的污染和毒性。由于微塑料的粒径小、比表面积大,常作为小分子污染物在环境中迁移和富集的载体,故微塑料携带污染物的综合环境效应和生物毒性更为复杂。携带污染物的微塑料在进入生物体后会在胃肠道中积累,肠道微生物作为生物体生理过程的重要调节剂,微塑料携带污染物的联合污染会改变肠道微生物种群结构并扰乱其原有的生理稳态。然而,微塑料的携带如何影响有害化学品对特定肠道细菌的毒性行为以及微塑料与其他污染物联合摄入引起的微生物代谢失调机制却鲜有研究。在此背景下,本课题以聚苯乙烯微塑料（PS）为研究对象,先探讨微塑料与重金属(Cr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+、Mn2+和Mix)的复合作用,再研究单一聚苯乙烯微塑料、重金属以及二者复合对肠道微生物大肠杆菌的胁迫效应,辅以动力学模型探讨大肠杆菌生物代谢失调机制,揭示微塑料联合重金属产生的细胞毒性的规律。取得主要实验结论如下:（1）PS对重金属离子的吸附实验结果表明,本吸附符合准二级动力学模型和Freundlich等温吸附模型,是物理吸附和化学吸附并存的过程;通过计算吉布斯自由能?G变化发现,实验中测试的6种重金属离子,ΔG值随吸附量升高而升高,表明PS对重金属离子的较高的吸附量需要更多的外部能量;在同一溶液体系下,PS对不同重金属离子吸附的ΔG值差距很小,说明PS对重金属离子的吸附反应速率几乎相似。在不同溶液体系下,盐的种类明显影响了重金属离子在微塑料上的吸附。（2）PS对大肠杆菌的胁迫效应实验结果表明,PS在不同粒径尺寸（0.1、1、5和10μm）以及不同浓度（1、10、50和100mg/L）条件下,对于大肠杆菌的活力并无显著抑制作用;进一步发现在远高于环境中微塑料的暴露浓度情况下,对大肠杆菌活力的抑制率也小于5%;对大肠杆菌生化反应进行探究的结果显示,不同浓度、粒径尺寸条件的PS对总蛋白含量水平、LPO活性水平、总抗氧化能力均无显著差异性,因此单一的PS对大肠杆菌的活性没有显著抑制作用。（3）重金属离子(Cr3+、Pb2+、Cu2+、Ni2+、Cd2+、Mn2+和Mix)对大肠杆菌胁迫效应实验结果表明,大肠杆菌细胞凋亡先历经急速下降阶段,随后缓慢下降直至全部凋亡。对大肠杆菌的胁迫效应进行数学模型拟合,结果符合Logistic函数模型;重金属离子类型最大抑制浓度的差异在8μg/L左右,最小抑制浓度的差异小于4μg/L;Cr3+、Pb2+、Cd2+、Ni2+、Cu2+、Mn2+以及混合离子类型的细胞毒性值EC50,分别为33.17μg/L、30.74μg/L、31.87μg/L、34.34μg/L、36.75μg/L、33.63μg/L、33.23μg/L。（4）PS复合重金属离子对大肠杆菌的胁迫效应实验结果表明,数学模型拟合符合Logistic函数模型,重金属离子类型最大抑制浓度的差异在10μg/L左右,最小抑制浓度的差异在5μg/L;7种重金属离子类型的细胞毒性值EC50,分别为39.79μg/L、33.90μg/L、35.41μg/L、36.75μg/L、41.23μg/L、38.63μg/L、35.58μg/L。两类胁迫效应的实验中,皆为Pb2+、Cd2+抑制效果最强,但同等条件下PS复合重金属离子的抑制效果显著降低,大肠杆菌存活率提升10.16%。特别发现Cr3+由于PS对其吸附特性,与其它重金属同等暴露水平时,细胞毒性大大减弱。
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