可食用美洲龙虾（Homarus americanus）肌肉组织中的微塑料污染

《Regional Studies in Marine Science》：Microplastic contamination in edible American lobster ( Homarus americanus) muscle tissue

本研究分析了加拿大新斯科舍省四个渔场龙虾肌肉组织中微塑料的浓度、大小和聚合物组成，发现所有样本均含微塑料，浓度与体长负相关，西南区域浓度显著更高，主要聚合物为聚乙烯醇酯（25%）、聚酯（25%）和聚硫酸酯（19%），提示需进一步研究肌肉特异性影响及长期健康风险。

　　本研究探讨了加拿大新斯科舍省四个商业龙虾捕捞区域中，美国龙虾（*Homarus americanus*）可食用肌肉组织中微塑料（MP）的浓度、尺寸及聚合物成分。研究发现，所有采集的龙虾个体中均含有微塑料，平均浓度为每克湿重组织6.65 ± 5.36个微塑料颗粒。此外，微塑料浓度与龙虾体型（即尾长）呈负相关，并且在不同采样地点间存在显著差异，其中西南区域的龙虾微塑料浓度显著高于其他区域。微塑料的平均直径为3.65 ± 0.47微米，而最常见的微塑料尺寸类别显示了龙虾肌肉组织中微塑料转移的可能性，尤其是对于小于等于4微米的微塑料颗粒。研究中识别出的主要聚合物包括聚乙烯醋酸乙烯酯（PVA，占比25%）、聚酯（PES，占比25%）和聚砜（PLS，占比19%）。研究结果强调了对龙虾肌肉组织进行更具体分析的重要性，以更好地理解微塑料污染对龙虾生态影响的潜在机制，并进一步研究微塑料暴露对龙虾的长期影响。

微塑料污染在人类经常食用的海鲜物种中已被广泛证实，这引发了对人类健康影响的担忧。微塑料颗粒已被检测到存在于人体组织中，包括血液、胎盘和大脑。它们的出现引发了对潜在健康效应的关注，如心血管疾病、糖尿病、不孕症、早产以及多种癌症的可能性。尽管已有研究主要集中在经常食用的海洋生物的消化系统和肝胰腺组织中的微塑料，但肌肉组织的研究仍较为有限。鉴于全球范围内龙虾的广泛消费，了解其肌肉组织中微塑料污染的程度对于评估潜在的人类健康风险至关重要。

龙虾不仅作为海洋生态系统中的重要物种，还充当了环境污染的生物指标。微塑料的摄入途径可能包括被动摄取沉积物和通过食物链的营养转移。到目前为止，微塑料污染已被发现存在于龙虾的不同解剖区域，包括壳下、鳃周围、肝胰腺和消化系统。微塑料能够吸附周围水体中的污染物，这可能会放大食用这些微塑料的生物体内的污染水平。值得注意的是，重金属如镉、汞和铅会在海洋生物组织中积累，这对生物体和人类健康都构成威胁。龙虾肌肉组织已被确认为海鲜中重金属污染的重要来源，而微塑料对重金属的吸附能力受到尺寸、形状和化学性质等因素的影响。

尽管已有研究主要集中在欧洲的挪威龙虾（*Nephrops norvegicus*）和欧洲棘龙虾（*Palinurus elephas*）的微塑料污染上，但关于美国龙虾（*Homarus americanus*）的研究仍相对有限，尽管它是全球龙虾捕捞业中的主要物种。大多数关于龙虾中微塑料的研究主要集中在消化系统和大于20微米的颗粒上，而对肌肉组织中微塑料（<10微米）污染的研究仍存在较大的知识空白。填补这一空白对于理解微塑料污染对海鲜消费的潜在影响具有重要意义。

本研究评估了从新斯科舍省四个商业龙虾捕捞区域采集的美国龙虾肌肉组织中的微塑料污染情况。研究的具体目标包括：量化微塑料颗粒的浓度，确定颗粒的尺寸、形态，并识别肌肉组织中存在的塑料聚合物类型，以突出污染情况和潜在的人类健康风险；以及探讨微塑料污染特征与龙虾体型、性别及其空间分布之间的潜在相关性。研究结果表明，美国龙虾肌肉组织中确实存在内部化的微塑料颗粒，这为理解微塑料在龙虾中的分布和迁移提供了新的视角。

在方法部分，研究团队从每个龙虾尾部采集了三个重复的8-15克湿重组织样本，并使用10%的氢氧化钾溶液开始消化有机物质。消化后的样品被置于干燥的加热块中，在40°C下保持72小时。随后，样品被移出加热块，并逐渐加入30%的过氧化氢溶液，以引发气泡（放热反应），必要时使用乙醇喷洒以防止溢出和样品损失。在消化过程中，样品被重新置于40°C加热块中一天，然后通过2.2微米的QM-A石英滤膜进行真空过滤。为了减少背景污染，每一批次的12个生物样品都伴随着10毫升的Milli-Q?纯化水进行空白处理。总共产生了60个子样本，包括48个消化滤膜和12个空白滤膜。在实验室处理过程中，采取了严格的质控措施，包括使用HEPA过滤空气系统、在无塑料表面上操作，并确保所有材料在使用前经过三次Milli-Q?纯化水冲洗。

为了确定微塑料颗粒的尺寸和形态，研究团队采用了尼罗红荧光显微镜技术。所有样品均用尼罗红染色（1微克尼罗红/升乙醇溶液），并在20倍放大倍数下使用OMAX 40X-1600X三目荧光显微镜进行观察。尼罗红是一种用于检测微塑料的染料，它通过范德华力和偶极相互作用与微塑料结合，从而提高其在野外样品中的可检测性，并减少分析时间。每个滤膜沿水平中心条带进行扫描，生成大约40-50张TIFF图像。总计分析了约2850张图像，涵盖了所有60个滤膜。图像采集使用AmScope数码相机（型号MU500，5.1百万像素）和AmScope软件（版本4.11）。采集的TIFF图像通过Fiji（版本1.54）中的Trainable Weka Segmentation插件（版本4.2.3）进行处理，并通过Fiji的粒子分析功能量化颗粒数量、形状和尺寸。每个子样本的扫描面积约占总滤膜面积的9.78%（见表S2）。

为了确定微塑料颗粒的聚合物类型，研究团队对10%的准备好的滤膜进行了微拉曼光谱分析。该子样本包括每个采样地点和子群体的一个随机样本，确保性别和体型群体的均衡代表性。同时，还分析了空白样本。滤膜在使用前经过氢氧化氢洗涤并真空过滤以去除尼罗红染色。微拉曼光谱分析使用Renishaw微拉曼共聚焦设备，配备835纳米激光。分析设置通常为3次累积，每次持续10秒，使用10%的激光功率，并根据每个颗粒的特征进行调整。颗粒与参考光谱的相似度达到或超过80%的被确认为塑料聚合物，低于该阈值的则被排除（使用SLOPP和SLOPP-E参考光谱以及简单的聚合物库进行多变量分析）。所有聚合物缩写详见表S5。具有80%识别率的结果见图S1。在检查的滤膜中，每个滤膜识别的颗粒数量（137到275个）和通过微拉曼子样本确认为塑料的颗粒比例（4%到18%）详见表S6。

研究结果表明，所有龙虾个体的微塑料颗粒平均直径为3.65 ± 0.47微米。来自Site 3的龙虾平均微塑料直径最大，为4.26 ± 0.50微米，而来自Site 4的龙虾平均直径最小，为3.36 ± 0.14微米。Site 1和Site 2的平均直径分别为3.59 ± 0.14微米和3.38 ± 0.24微米。微塑料颗粒尺寸与总重量、甲壳长度和螯足宽度存在显著的负相关，表明较大的个体中微塑料颗粒尺寸较小。雌性龙虾的微塑料颗粒平均直径为3.77 ± 0.55微米，略高于雄性龙虾的平均直径3.52 ± 0.32微米，但这种差异并未达到统计学显著性。小体型龙虾组的微塑料颗粒平均直径为3.66 ± 0.61微米，而大体型龙虾组的平均直径为3.64 ± 0.25微米，两者之间没有显著差异。每只龙虾的平均微塑料直径详见表S4。

在微塑料颗粒尺寸分布方面，最常见的尺寸类别为2.2-3微米，占总颗粒的41%，其次是3-4微米，占32%。各采样地点之间未观察到显著的颗粒尺寸类别差异（见图6）。在所有龙虾中，随着颗粒尺寸的增加，每个尺寸类别中的颗粒比例逐渐减少，4-5微米的颗粒占16%，5-6微米的颗粒占7%，而颗粒大于6微米的占4%（见图7）。这一趋势可能表明，微塑料颗粒在通过肠道膜进入肌肉组织的过程中，存在选择性机制，阻止较大颗粒的迁移。微塑料的碎片化过程可能受到聚合物组成和风化过程的影响，这可能影响能够迁移至肌肉组织的微塑料的种类和浓度。例如，研究表明，塑料的组成与颗粒表面的裂纹模式相关，紫外线暴露下，聚乙烯（PE）的碎片化程度显著低于聚丙烯（PP）和聚苯乙烯（PS）。因此，较大的微塑料颗粒在环境降解过程中可能产生较小的颗粒（<10微米），这些颗粒能够从龙虾的消化系统迁移至肌肉组织。

龙虾的胃磨（胃部的一种机械结构，类似于牙齿）可能有助于通过机械风化将摄入的微塑料颗粒分解。一项关于*Norwegian lobster*（*N. norvegicus*）的研究发现，摄入后微塑料颗粒的碎片化程度增加，且在肠道中比在胃中更常见。类似的结果也出现在南极磷虾（*Euphausia superba*）的研究中，这些磷虾暴露于环境相关浓度的聚乙烯球体后，颗粒尺寸平均减少了约78%，部分颗粒甚至缩小至<1微米。这表明，微塑料的碎片化过程可能显著影响其在龙虾肌肉组织中的分布。

在本研究中，微塑料浓度与生物测量指标之间存在负相关关系，这可能意味着较小的个体保留更多的微塑料，或者微塑料的存在阻碍了龙虾的生长。*N. norvegicus*的研究发现，微塑料占据了肠道中原本用于食物处理和消化的空间。摄入微塑料可能导致龙虾的摄食率、体重和代谢率下降，这可能解释了体重或尾长的减少。研究还发现，较大的个体中微塑料浓度较低，这可能与较大的胃磨结构有关，较大的胃磨有助于处理较大的食物，从而减少微塑料的碎片化和迁移。此外，随着龙虾的成熟，其饮食变得更加选择性，这可能影响微塑料的暴露水平，导致成熟个体之间的微塑料特征存在更明显的差异。

在微塑料组成方面，研究发现聚乙烯醋酸乙烯酯（PVA）、聚酯（PES）和聚砜（PLS）是主要的聚合物类型。PVA作为一种无氯替代品，常用于粘合剂、密封剂、涂层、包装和汽车及船舶部件。PES在甲壳类动物和海洋环境中较为常见，主要来源于衣物纤维的废水排放。PLS是一种高度热稳定和阻燃的玻璃状聚合物，广泛用于汽车行业、航空航天、电子、国防、餐饮服务、医疗应用以及环氧树脂以防止海洋生物附着。这些发现表明，微塑料的来源可能涉及多种人类活动，包括工业生产、交通运输和日常废弃物排放。

本研究的结论强调了量化微塑料浓度、确定颗粒尺寸和形态以及识别塑料聚合物类型的重要性。所有被研究的龙虾个体中均含有内部化的微塑料颗粒，平均直径为3.65 ± 0.47微米，这表明微塑料可能通过消化系统进入肌肉组织。主要的聚合物类型包括PVA、PES和PLS，这些结果为理解微塑料在*H. americanus*种群中的存在及其对人类健康的影响提供了新的证据。此外，研究还确认了微塑料浓度与体型之间的相关性，以及其在不同采样地点的分布差异。西南区域的龙虾表现出更高的微塑料浓度，这可能与该地区的独特海洋学过程有关。研究结果还指出，微塑料浓度与尾长和颗粒尺寸呈负相关，这可能与微塑料的迁移机制有关。

这些发现突显了微塑料污染对龙虾及其所处生态系统的潜在影响，以及对人类健康和海鲜消费的可能风险。因此，有必要进行持续的研究和监测，以全面理解微塑料在海洋生物、环境和人类健康中的迁移和归宿。本研究为未来关于海洋微塑料、其在生物体内的迁移以及对海洋生态系统和人类健康更广泛影响的研究奠定了基础。