环境特征微塑料及其添加剂的生态毒理效应

来源 :江南大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xyfall533
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在疫情背景下,个人防护装备和物流包装材料等塑料制品的生产和使用量激增,其产生的塑料废屑排放进水环境,经磨损、降解后,成为尺寸小于5 mm的微塑料(Microplastics,MPs)。MPs在水环境中长期赋存,会释放双酚类(BPs)、邻苯二甲酸酯类(PAEs)和苯并三唑类紫外光稳定剂(BUVSs)等塑料添加剂,并可能对水生生物产生毒性,造成不可预知的生态风险。本研究首先以全太湖作为研究区域,在疫情背景下,监测表层水体MPs和典型塑料添加剂的赋存现状和时空分布特征。随后,根据太湖现场监测结果和流域内使用情况,选取聚氯乙烯(Polyvinyl chloride,PVC)、聚苯乙烯泡沫(Expandable Polyethylene,EPE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene glycol Terephthalate,PET)为模式MPs,研究其在超纯水、地表水和模拟胃液等特征环境下的添加剂释放规律。最后,以浮游生物大型溞作为受试生物,研究PVC-MPs颗粒和添加剂浸出液的水生毒理效应。得到的主要结论如下:(1)太湖的现场检测结果表明,MPs和塑料添加剂广泛赋存于太湖水体中。全湖区共检出16种聚合物类型的MPs,其平均丰度为4.85个/L,丰度范围为0~12个/L。MPs的丰度具有时空差异。2020年12月平均丰度最高可达7.41个/L,7月平均丰度最低,仅有2.24个/L。从空间分布来说,MPs污染严重地区主要集中在太湖西部沿岸,S10处MPs丰度最高,其余点位丰度差距较小。典型塑料添加剂双酚A(BPA)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)、邻苯二甲酸二(2-甲氧基)乙酯(DMEP)、邻苯二甲基丁基苄基酯(BBP)和苯并三唑(UV-328)在太湖表层水体中均有检出。在疫情背景下,太湖的各类塑料添加剂污染水平并未加重,反而因人类活动减缓而呈现下降趋势。太湖塑料添加剂检出浓度有明显的季度差异,春、夏季平均值高于秋、冬季,分别是104.7、100.3、30.7和29.9 ng/L。其在空间分布上也具有一定的差异性,主要表现为高浓度点位聚集在太湖西南沿岸。生态风险评估结果表明,太湖塑料添加剂的赋存对藻类存在低风险,比例达30%,秋、冬季风险性高于春、夏季,BPA和UV-328可能是主要风险因子,应引起重视。(2)MPs中的塑料添加剂会从颗粒中释放进水环境内,且3种MPs在不同的环境下添加剂的释放规律有所差异。PVC-MPs和PET-MPs中各类添加剂均在模拟胃液中的释放量最多,其中BPA释放量最高,分别达到6.92×10~3和41.69 ng/L。EPE-MPs在超纯水的中添加剂释放量最多,其中BPA释放量最高,为53.38 ng/L。在28 d释放期间,各实验组的塑料添加剂释放量呈现出先上升再下降的时间变化趋势。在模拟胃液中,MPs表面结构的裂纹明显增多,接触角显著减小,可以推测,其理化特征改变程度与添加剂的释放量具有一定相关性。(3)48 h暴露后,PVC-MPs的添加剂浸出液对大型溞产生急性毒性,在浸出液体积分数仅为0.02%时,已出现生理活动抑制现象和致死效应。在1%EC50浓度胁迫下,大型溞的生理活动、摄食行为均受到抑制,心跳频率显著升高,达到74.67次/min,体长增率比空白对照组下降了71.5%,但胸肢跳动频率并无显著性变化;10%EC50浓度胁迫下,大型溞的滤水率和牧食率受到显著抑制,分别下降了94.8%和91.9%。生长繁殖方面,在0.1%EC50浓度胁迫下,大型溞的首次怀卵时间明显被推迟,1%EC50浓度下产卵次数和内禀增长率都明显降低。此外,在MPs颗粒和0.1%EC50、1%EC50和10%EC50浸出液的暴露下,大型溞生物学功能相关基因的表达受到影响,差异基因数量分别为3287、2446、2674和4421个,且差异基因的注释和功能富集有显著差异,说明MPs颗粒和添加剂浸出液的暴露影响了大型溞生理生化过程的相关基因表达。
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