聚苯乙烯纳米塑料与阻燃剂四溴双酚A（TBBPA）对淡水藻类Scenedesmus obliquus的联合毒性影响

《Environmental Pollutants and Bioavailability》：Combined toxic impact of polystyrene nanoplastics and a flame retardant tetrabromobisphenol A (TBBPA) on freshwater algae Scenedesmus obliquus

纳米塑料（NPs）和四溴双酚A（TBBPA）联合暴露对淡水微藻Scenedesmus obliquus的生长抑制、氧化应激及光合色素的影响。研究表明，NPs与TBBPA混合暴露显著增强生长抑制和氧化应激，同时降低光合色素水平，揭示两者协同毒性对淡水生态系统初级生产者的潜在风险。

　　随着工业化和现代化进程的加快，塑料制品的广泛使用使得塑料污染成为全球性环境问题。纳米塑料（NPs）和四溴双酚A（TBBPA）作为新兴污染物，其在水生生态系统中的分布和影响日益受到关注。然而，目前对于NPs与TBBPA联合暴露对初级生产者，尤其是淡水微藻的影响研究仍较为有限。为此，本研究以淡水微藻 *Scenedesmus obliquus* 为模型生物，系统地探讨了NPs、TBBPA及其联合暴露对微藻的毒性效应。研究采用多种先进的分析技术，包括场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）、液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、动态光散射（DLS）和Zeta电位分析等，以全面评估材料的特性及其与微藻的相互作用。

NPs和TBBPA在水体中的存在与扩散主要源于人类活动。塑料因其轻便、耐用和多功能性被广泛应用于各种领域，包括包装、建筑、电子设备等。随着塑料的使用量增加，其通过废水排放、风力输送、生物载体和地表径流等方式进入水体，形成微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）。由于其物理和化学稳定性，NPs能够在水体中长期存在，并可能通过吸附、扩散或生物累积等途径影响水生生物。TBBPA作为一种常用的阻燃剂，被广泛用于电子、建筑和纺织等行业。其通过工业废水和生活污水排放进入水体，对水生生态系统造成潜在威胁。TBBPA的高持久性和低降解性使其能够在水体中积累，并可能对藻类等初级生产者产生毒性效应。

微藻作为水生生态系统中的初级生产者，不仅在能量流动和物质循环中发挥关键作用，还被视为环境污染物的敏感指示生物。它们在水体中的生长状况可以直接反映水环境的质量。因此，研究NPs和TBBPA对微藻的影响，不仅有助于理解其在水体中的生态风险，也为评估和防控水体污染提供了科学依据。本研究选择 *Scenedesmus obliquus* 作为研究对象，是因为该藻类具有较强的适应性、快速的繁殖能力和对污染物的敏感性，常被用作生态毒理学研究的模型生物。

已有研究表明，NPs可以通过多种机制影响微藻的生长。例如，NPs可能通过物理吸附作用破坏细胞膜结构，导致细胞形态改变和功能障碍。此外，NPs还能干扰光合作用过程，影响藻类对光能的吸收和转化。TBBPA的毒性作用主要体现在对光合色素的抑制和细胞膜的损伤。然而，关于NPs与TBBPA联合暴露对微藻的影响，目前的研究仍处于初步阶段。一些研究发现，NPs与阻燃剂的联合暴露可能增强其毒性效应，特别是在光合作用和抗氧化系统方面。例如，NPs与三苯基磷酸（TPP）的联合暴露对海洋微藻 *Chlorella marina* 的光合作用和抗氧化活性产生了显著影响，而NPs与TPP的联合暴露则在淡水微藻 *Chlorella* sp. 中引发了更强的氧化应激反应。此外，NPs与二氯烷（Dechlorane Plus）的联合暴露对淡水微藻 *Chlorella vulgaris* 的生长产生了更大的抑制作用。这些研究提示，NPs可能作为阻燃剂的载体，增强其在水体中的生物可利用性和毒性效应。

本研究的实验设计基于现有的毒理学研究方法，包括毒性测试、生理生化指标分析和形态学观察。实验中，NPs和TBBPA的暴露浓度参考了以往研究中常用的参数，并结合实际环境中的污染物浓度进行了调整。具体而言，NPs的暴露浓度为1 mg/L，而TBBPA的暴露浓度分别为0.25、0.5和1 mg/L。这些浓度的选择基于对水体中污染物实际浓度的估算，以及对藻类生理反应的敏感性测试。实验过程中，使用了无菌湖水作为暴露介质，并通过显微镜和血球计数法对微藻的生长状况进行了定量分析。此外，通过DLS和Zeta电位分析评估了NPs在暴露介质中的稳定性及其与TBBPA的相互作用。结果显示，NPs在TBBPA存在的情况下表现出更高的粒径和更低的表面电荷，这可能与其在水体中的聚集行为有关。

FTIR分析进一步揭示了NPs与TBBPA之间的分子相互作用。在TBBPA存在的情况下，NPs的FTIR光谱显示出新的吸收峰以及原有峰的位移和强度变化，表明TBBPA与NPs之间发生了化学吸附或物理相互作用。这种相互作用可能改变了NPs的表面性质，进而影响其在水体中的行为和对藻类的毒性效应。此外，LC-MS分析结果显示，TBBPA在暴露介质中的实际浓度低于其初始添加浓度，这可能是由于NPs对TBBPA的吸附作用，导致其在水体中的生物可利用性降低。然而，NPs与TBBPA的联合暴露仍表现出更高的毒性效应，这表明NPs可能在一定程度上增强了TBBPA的环境影响。

在毒性效应评估方面，本研究主要关注了微藻的生长抑制、氧化应激反应和光合色素的变化。结果显示，NPs和TBBPA单独暴露均对微藻的生长产生显著抑制作用，且抑制程度随暴露浓度的增加而增强。然而，NPs与TBBPA的联合暴露表现出更强的生长抑制效应，尤其是在高浓度TBBPA（1 mg/L）与NPs的组合下，其毒性效应显著增强。这种增强的毒性可能与NPs对TBBPA的吸附和富集有关，使得TBBPA在微藻细胞内的浓度升高，从而加剧其毒性作用。此外，联合暴露还显著提高了微藻体内的活性氧（ROS）水平和丙二醛（MDA）含量，表明氧化应激反应被进一步激活。ROS的积累可能对细胞膜和细胞器造成损伤，而MDA作为脂质过氧化的产物，常被用作氧化损伤的生物标志物。

为了进一步了解微藻的抗氧化响应，本研究分析了超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）的活性变化。结果显示，无论是单独暴露还是联合暴露，SOD和CAT的活性均显著增加，表明微藻在面对氧化应激时激活了其自身的抗氧化防御机制。然而，联合暴露下SOD和CAT的活性增长更为显著，尤其是在高浓度TBBPA与NPs的组合下。这表明NPs可能通过增强TBBPA的毒性效应，进一步激活微藻的抗氧化系统，以应对更高的氧化压力。然而，这种增强的抗氧化响应并不能完全抵消氧化应激带来的损害，最终导致微藻的生长受到抑制。

在光合色素方面，本研究发现NPs和TBBPA均对微藻的光合色素产生显著影响。单独暴露下，TBBPA导致光合色素（如叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素）含量下降，而NPs则对叶绿素a的含量产生显著影响。联合暴露下，光合色素的下降更为明显，尤其是叶绿素a的含量。这表明NPs和TBBPA的联合作用可能通过破坏光合系统，影响微藻的能量转化能力，进而导致其生长受限。此外，光合色素的减少还可能影响微藻的光合作用效率，降低其在水体中的初级生产力，对整个水生生态系统的稳定性构成威胁。

为了更深入地理解NPs和TBBPA的联合毒性机制，本研究还进行了相关性分析和热图可视化。结果表明，生长抑制与光合色素含量呈负相关，而与ROS、MDA、SOD和CAT的活性呈正相关。这意味着，生长抑制可能由氧化应激引起的光合系统损伤所导致。同时，ROS和MDA的水平与SOD和CAT的活性之间也表现出显著的正相关，进一步支持了氧化应激与抗氧化反应之间的相互作用。此外，光合色素的下降与生长抑制之间存在密切关联，表明光合系统的受损可能是微藻生长受到抑制的关键因素。

通过以上研究，可以得出以下结论：NPs和TBBPA的联合暴露对微藻的毒性效应显著增强，特别是在高浓度TBBPA与NPs的组合下。这种增强的毒性可能与NPs对TBBPA的吸附作用有关，使得TBBPA在微藻细胞内的浓度升高，从而加剧其毒性效应。同时，NPs和TBBPA的联合暴露会诱导更强的氧化应激反应，导致微藻体内的ROS和MDA水平显著上升，进一步影响其细胞结构和功能。尽管微藻通过激活SOD和CAT等抗氧化酶来应对氧化压力，但这种响应不足以完全恢复其生理功能，最终导致生长抑制和光合色素的减少。

本研究的结果对水生生态系统的健康评估具有重要意义。NPs和TBBPA的联合暴露可能对微藻等初级生产者造成更大的生态风险，进而影响整个水生食物链和生态系统的稳定性。因此，有必要进一步研究NPs与TBBPA在水体中的相互作用机制，以及其对水生生物的长期影响。此外，考虑到NPs和TBBPA在环境中的长期存在和累积性，未来的研究应关注其在不同环境条件下的行为特征和毒性机制，以制定更有效的污染防控策略。

总体而言，本研究为理解NPs和TBBPA对淡水微藻的联合毒性提供了重要的科学依据。通过结合多种分析技术，不仅揭示了NPs和TBBPA的物理化学特性及其与微藻的相互作用，还阐明了其对微藻生长、氧化应激和光合作用的影响机制。研究结果表明，NPs可能作为TBBPA的载体，增强其在水体中的生物可利用性和毒性效应。这一发现对于评估水体污染风险、制定环境管理措施以及保护水生生态系统具有重要的指导意义。同时，本研究也指出了未来研究的方向，即需要进一步探讨NPs与TBBPA在水体中的分子机制和生态影响，以全面理解其对水生生物的潜在威胁。