纳米塑料与冠病毒在大型溞（Daphnia magna）生物反应中的作用

《The Journal of Physical Chemistry B》：Nanoplastics and the Role of the Corona in the Biological Responses of Daphnia magna

本研究探究了Daphnia magna幼体对裸纳米塑料及FBS、DSB、AB生物涂层纳米塑料的24和48小时毒性效应，发现涂层显著降低幼体死亡率，其中FBS涂层毒性最高。通过荧光显微镜和聚丙烯酰胺凝胶电泳证实幼体会与纳米塑料表面发生生物分子交换，形成动态冠层。抗氧化酶（SOD、CAT、GST）活性分析显示，裸纳米塑料导致持续氧化应激，而生物涂层纳米塑料通过调节酶活性缓解毒性。研究强调纳米塑料表面冠层对毒性的关键调控作用，为环境风险评估提供新视角。

　　纳米塑料是塑料污染的一种重要形式，其尺寸通常小于1000纳米，因此在自然环境中具有更高的迁移性和更广泛的生态影响。由于其微小的体积和较大的表面积，纳米塑料能够与环境中的多种生物分子发生相互作用，形成一层动态的表面包覆物，称为“冠层”（corona）。冠层的形成不仅改变了纳米塑料的物理化学性质，还可能影响其在生物体内的行为和毒性表现。本研究聚焦于评估水生无脊椎动物——水蚤（*Daphnia magna*）幼体对裸露纳米塑料与不同生物分子包覆的纳米塑料的反应，以探讨冠层对纳米塑料生态影响的重要性。

水蚤是一种广泛用于评估纳米塑料毒性研究的模式生物，因其在水生生态系统中的重要地位而受到关注。它们不仅能够摄取纳米塑料，而且其消化系统中可能存在对纳米塑料的识别机制，这些机制可能影响其内部化过程和毒性反应。研究发现，水蚤幼体在接触裸露纳米塑料时表现出更高的死亡率，而包覆有胎儿牛血清（FBS）、水蚤分泌物（DSB）和藻类生物分子（AB）的纳米塑料则显示出较低的死亡率，这表明冠层的组成在决定纳米塑料毒性方面具有关键作用。进一步的显微镜观察发现，裸露纳米塑料、DSB和AB包覆的纳米塑料在水蚤体内表现出更高的内部化水平，而FBS包覆的纳米塑料则相对较低。这种差异可能与水蚤对不同来源的生物分子的识别能力和其对纳米塑料的生理反应有关。

在游泳行为方面，水蚤幼体在接触裸露纳米塑料后表现出更显著的变化。研究结果显示，与FBS包覆的纳米塑料相比，裸露纳米塑料对水蚤的游泳行为产生了更大的干扰。这可能是因为裸露纳米塑料更容易被水蚤识别为外来物质，从而引发更多的生理和行为反应。相比之下，包覆有环境相关生物分子的纳米塑料对水蚤的影响较小，这可能与其更接近水蚤自身的生物分子有关，从而降低了其识别难度。

在氧化应激反应方面，研究分析了水蚤幼体在接触不同类型的纳米塑料后，其体内超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和谷胱甘肽S-转移酶（GST）的活性变化。这些酶是生物体内重要的抗氧化防御机制，能够帮助清除自由基，减轻氧化应激对细胞的损伤。研究发现，在接触纳米塑料24小时后，所有处理组的酶活性均高于对照组，其中DSB和AB包覆的纳米塑料导致的酶活性最高。在48小时后，所有处理组的酶活性进一步增加，尤其是CAT的活性显著上升，表明纳米塑料对水蚤的氧化应激反应具有持续性。这种持续的氧化应激可能意味着水蚤的抗氧化系统被激活，以应对纳米塑料带来的自由基累积。

研究还通过聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）分析了纳米塑料在接触水蚤前后的冠层变化。结果显示，裸露纳米塑料在接触水蚤后获得了新的生物分子包覆，这可能表明水蚤通过分泌或排泄机制对其进行了修饰。而DSB和AB包覆的纳米塑料在接触水蚤后也显示出不同的蛋白带变化，这进一步支持了纳米塑料在水蚤体内可能发生新的相互作用。FBS包覆的纳米塑料由于其较高的蛋白含量，导致凝胶分析中难以区分新的生物分子与原始的冠层成分。这一发现提示我们，FBS包覆的纳米塑料可能在水蚤体内更难发生显著的改变，从而可能减少其毒性表现。

此外，研究还指出，水蚤的冠层可能在某些情况下发挥保护作用，减少纳米塑料的毒性。例如，一些研究表明，当纳米塑料被包覆上具有稳定性和生物相容性的分子时，其对水蚤的急性毒性会显著降低。这一现象可能与纳米塑料表面的分子特性有关，这些分子能够增强其在水体中的分散性，同时调节其与生物系统的相互作用方式。因此，纳米塑料的冠层不仅是其物理化学性质的改变，还可能成为其毒性调控的重要因素。

从整体来看，本研究强调了冠层在纳米塑料与水生生物相互作用中的关键作用。通过比较不同冠层对水蚤幼体的毒性影响，我们发现水蚤对纳米塑料的反应不仅受到其表面化学性质的影响，还与其体内抗氧化机制和生理适应能力密切相关。裸露纳米塑料由于缺乏生物分子的包覆，更容易引发水蚤的毒性反应，而包覆有环境相关生物分子的纳米塑料则显示出较低的毒性。这一发现对环境风险评估具有重要意义，因为它表明在实际环境中，纳米塑料的毒性可能与其所吸附的生物分子密切相关，而不仅仅是其原始的化学组成。

在实际应用中，考虑纳米塑料的冠层特性对于评估其生态风险至关重要。许多研究已经表明，纳米塑料在环境中会与各种生物分子相互作用，从而形成复杂的冠层结构。这些冠层不仅影响纳米塑料的物理化学行为，还可能改变其在生物体内的命运，包括内部化、代谢和毒性效应。因此，在进行纳米塑料污染的环境风险评估时，必须考虑到其在自然水体中的实际状态，即被生物分子包覆后的形式，而不是单纯的裸露纳米塑料。

同时，研究还发现，水蚤的冠层可能会随着时间的推移发生变化，这反映了其与纳米塑料之间的动态相互作用。这种动态变化可能意味着水蚤能够通过自身的生理调节机制来适应纳米塑料的存在，从而降低其毒性影响。然而，这种适应能力可能有限，尤其是在长时间暴露的情况下，纳米塑料的累积效应可能会导致更严重的生理和生态后果。

本研究的结果表明，水蚤对不同类型的纳米塑料表现出不同的反应模式，这可能与其冠层的组成和性质有关。裸露纳米塑料由于缺乏生物分子的包覆，更容易引发水蚤的毒性反应，而包覆有环境相关生物分子的纳米塑料则显示出较低的毒性。这一发现不仅有助于理解纳米塑料在水生生态系统中的行为，还为未来的环境风险评估提供了重要的理论依据。通过考虑冠层的影响，我们可以更准确地预测纳米塑料对水生生物的潜在危害，并制定更有效的污染防治措施。

总之，纳米塑料的冠层在决定其生态影响和毒性方面起着至关重要的作用。水蚤对不同冠层的纳米塑料表现出不同的生理和行为反应，这表明冠层的组成和性质可能显著影响纳米塑料的生物可利用性和毒性。因此，在进行纳米塑料污染的环境风险评估时，必须综合考虑其在自然环境中的实际状态，包括其与生物分子的相互作用。这一研究不仅加深了我们对纳米塑料生态行为的理解，也为未来的纳米材料环境管理提供了新的视角和方法。