紫外线老化纳米塑料对蚯蚓的毒性增强机制：原始与老化聚苯乙烯纳米颗粒的生态毒理差异

《Environmental Pollution》：UV-aged nanoplastics induced stronger biotoxicity to earthworms: Differential effects and the underlying mechanisms of pristine and aged polystyrene nanoplastics

本研究针对环境中纳米塑料(NPs)老化过程被忽视的问题，通过比较原始纳米塑料(PNPs)与紫外线老化纳米塑料(ANPs)对赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)的毒性差异。研究发现ANPs在2 g kg-1浓度下使死亡率增加11.1%，茧产量减少2.33个，并引发更严重的氧化应激、DNA损伤和肠道损伤。综合生物反应指数(IBR)显示ANPs的毒性是PNPs的1.5-2.3倍，为评估老化NPs的生态风险提供了重要依据。

　　

随着全球塑料年产量突破4.18亿吨，大量塑料废弃物通过不当处置进入土壤环境。这些塑料在紫外线辐射等自然因素作用下会碎裂成直径小于1微米的纳米塑料(NPs)，其小尺寸、高比表面积和低降解性使其更容易被土壤生物吸收并产生毒性效应。然而当前大多数研究都聚焦于原始纳米塑料(PNPs)的生态风险，忽视了真实环境中NPs经过紫外线老化形成老化纳米塑料(ANPs)后其理化性质和毒性效应的改变。

针对这一知识空白，江南大学环境与生态学院的研究团队在《Environmental Pollution》上发表了一项创新性研究。该研究通过系统比较PNPs与ANPs在环境相关浓度(0.2、1和2 g kg^-1)下对模式生物赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)的毒性差异，揭示了UV老化过程如何增强NPs的生物毒性。

研究人员采用乳液聚合法合成聚苯乙烯(PS)纳米颗粒，并通过紫外线辐射模拟自然老化过程制备ANPs。通过扫描电子显微镜(SEM)和粒径电位分析仪对两种NPs进行表征，发现UV老化导致NPs粒径从180 nm减小至173.49 nm，表面zeta电位从-43.5 mV升高至-37.6 mV，同时表面粗糙度增加并出现明显裂纹。这些物理化学性质的改变为解释毒性差异提供了材料学基础。

表征结果揭示老化引起的理化性质变化

SEM成像显示UV老化显著改变了NPs的表面结构。PNPs呈现均匀分散状态，而ANPs则出现粒径减小、表面粗糙度增加和可见裂纹。傅里叶变换红外光谱(FTIR)证实ANPs表面形成了新的含氧官能团，包括羧基和羟基，这些变化增强了ANPs的化学反应活性。

老化NPs加剧生理毒性效应

暴露28天后，ANPs表现出更强的急性毒性。在最高浓度(2 g kg^-1)下，ANPs使蚯蚓死亡率较PNPs增加11.1%，体重减轻更明显，茧产量减少2.33个。组织病理学分析显示ANPs诱导更严重的肠道组织损伤，包括上皮细胞脱落和绒毛结构破坏。

氧化应激与基因毒性响应差异

生物标志物检测表明，ANPs引发更强烈的氧化应激反应，丙二醛(MDA)含量显著升高，超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性异常。彗星试验证实ANPs导致的DNA损伤程度更为严重，尾矩值比PNPs组高1.8倍。神经系统相关酶活性检测发现乙酰胆碱酯酶(AChE)活性受到显著抑制。

综合生物反应指数(IBR)评估毒性等级

通过IBR指数整合多种生物标志物数据，发现氧化应激和DNA损伤是最敏感的指标。ANPs的IBR值是PNPs的1.5-2.3倍，明确证实UV老化增强了NPs的生态毒性。主成分分析(PCA)进一步验证了不同暴露组之间的毒性差异。

本研究首次系统揭示了UV老化过程通过改变NPs的理化性质而增强其生态毒性的机制。老化产生的表面裂纹和含氧官能团增加了NPs的生物可利用性，促进活性氧(ROS)生成，进而引发更严重的氧化损伤、遗传毒性和组织病变。这些发现强调了在评估NPs环境风险时考虑老化因素的重要性，为制定更准确的土壤纳米塑料污染风险评估标准提供了科学依据。未来研究需要进一步探讨老化NPs在食物链中的传递效应及其对土壤生态系统的长期影响。