微塑料对铜绿微囊藻的毒性机制初探

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微塑料(Microplastics,MPs)已被发现在全球水环境中广泛分布,本文以4种粒径(0.1~0.5、5~6、20~21、125~150μm)的聚苯乙烯(PS)为研究对象,铜绿微囊藻为受试生物,开展PS对铜绿微囊藻的30 d生长抑制实验,绘制藻密度与暴露时间的关系图。在第4、12、20、28 d测定铜绿微囊藻的生长抑制情况、叶绿素a含量、氧自由基(ROS)水平、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、丙二醛(MDA)含量和细胞膜疏水性,探究4种粒径聚苯乙烯(PS)对铜绿微囊藻单一毒性效应和毒性作用机制,研究结果如下:1)通过4种粒径PS对铜绿微囊藻的30 d生长抑制实验,结果显示4种粒径的PS暴露下铜绿微囊藻生长抑制率随着PS浓度上升而增加,并随着实验时间的增加逐渐减小。0.1~0.5μm PS与5~6μm PS对铜绿微囊藻毒性相近,20~21μm PS与125~150μm PS对铜绿微囊藻毒性相近。4种粒径PS的125 mg·L-1实验组相对其他浓度组毒性最大。比较不同粒径但相同浓度(125 mg·L-1)实验组对铜绿微囊藻的毒性,毒性从大到小排序为:20~21μm PS>125~150μm PS>0.1~0.5μm PS>5~6μm PS。2)4种粒径PS的各浓度组在实验第4 d可显著降低铜绿微囊藻的叶绿素a含量。随着暴露时间的延长,铜绿微囊藻逐渐适应PS后叶绿素a含量恢复,与其他对照组无显著差异(p>0.05)。20~21μm PS和125~150μm PS实验组中125 mg·L-1实验组中叶绿素a含量在实验第30 d内均出现极显著性抑制(p<0.001)。原因可能是当生长抑制率上升,藻密度下降,叶绿素a含量也会同时下降。3)4种粒径各浓度组(除125 mg·L-1外),实验第4 d均会引起铜绿微囊藻的ROS含量、MDA含量上升,而在实验第28 d,ROS含量、MDA含量会下降至正常水平,抗氧化酶SOD和CAT的活性变化规律为暴露初期活性上升,后期逐渐下降至正常水平。在125 mg·L-1浓度组相同时,20~21μm PS和125~150μm PS实验组的ROS含量在暴露初期远高于0.1~0.5μm PS和5~6μm PS实验组,抗氧化酶活性较低,MDA含量很低。4)4种粒径PS的125 mg·L-1浓度组中铜绿微囊藻的细胞膜疏水性低于对照组,0.1~0.5μm PS和5~6μm PS实验组第4 d的疏水性下降,在实验第12 d基本恢复,0.1~0.5μm PS实验组细胞膜疏水性下降幅度大于5~6μm PS实验组;20~21μm PS和125~150μm PS实验组中细胞膜疏水性在第4 d下降,在实验第20 d基本恢复。这些实验结果显示,20~21μm PS和125~150μm PS实验组的受到物理损伤较强。5)4种粒径的聚苯乙烯对铜绿微囊藻产生了物理损伤和化学损伤,物理损伤对铜绿微囊藻的影响大于氧化损伤。0.1~0.5μm PS和5~6μm PS对铜绿微囊藻的物理损伤较小,主要是化学损伤造成的影响。20~21μm PS和125~150μm PS对铜绿微囊藻的物理损伤造成的影响高于化学损伤。
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