聚苯乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯微塑料对浮萍（Lemna minor）生理响应的研究：揭示微塑料污染对水生植物的影响

为探究 PS-MPs 和 PMMA-MPs 对水生植物的影响，研究人员以浮萍（Lemna minor）为对象开展研究。结果显示，PS-MPs 促进生长和光合作用，PMMA-MPs 则产生负面影响。该研究为微塑料污染对淡水生态系统的影响提供了重要依据。

　　在当今时代，塑料凭借其经济实用性，成为人们生活中不可或缺的材料。然而，每年人类消耗大量塑料，其中多数为一次性塑料制品，加之塑料降解缓慢，大量塑料垃圾在环境中不断累积。这些塑料垃圾逐渐分解为微塑料（MPs），广泛分布于陆地、淡水和海洋等生态系统，甚至出现在饮用水源中，引发了人们对其危害的担忧。MPs 可通过生物积累和食物链传递，最终进入人体，影响人类健康。同时，MPs 对植物的影响也不容忽视，不同类型的 MPs 对植物生长和生理的影响各异，尤其是对水生植物的研究相对较少。因此，深入探究 MPs 对水生植物的影响迫在眉睫。

在此背景下，克罗地亚萨格勒布大学的研究人员开展了一项关于聚苯乙烯（PS）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微塑料对浮萍（Lemna minor）生理响应的研究。该研究成果发表在《Current Plant Biology》上，为理解微塑料污染对淡水生态系统的影响提供了重要依据。

研究人员为开展此项研究，主要运用了以下关键技术方法：一是利用动态光散射（DLS）测量微塑料在暴露介质中的水动力直径（d_H）和 ζ- 电位，以确定其稳定性；二是通过热解气相色谱 / 质谱（Py-GC/MS）检测和量化浮萍对微塑料的吸收和积累；三是借助叶绿素荧光诱导曲线（OJIP）和相关仪器分析光合作用参数和光合色素含量；四是运用透射电子显微镜（TEM）观察叶绿体超微结构；五是采用多种生化分析方法测定氧化应激相关指标，如 H₂O₂含量、丙二醛（MDA）和蛋白质羰基含量、脯氨酸含量以及抗氧化酶活性等。

研究结果如下：

1. MPs 的表征和稳定性：PS-MPs 在 10mg/L 时，粒子先聚集后分散；高浓度时，粒子尺寸减小且呈单分散状态。PMMA-MPs 在 10mg/L 时，第 7 天才显著聚集；50 和 100mg/L 时，粒子尺寸随时间增大。PS-MPs 的 ζ- 电位为负且随浓度增加更负，PMMA-MPs 的 ζ- 电位在不同浓度下变化复杂，100mg/L 时实验结束时变为正值。
2. 生长参数：PS-MPs 对浮萍叶面积有正向影响，虽未显著改变叶面积，但各浓度下叶面积均有增加。PMMA-MPs 则呈负向影响，100mg/L 时叶面积显著减小。两种微塑料对叶状体数量的生长速率影响不显著，但 100mg/L 的 PMMA-MPs 使生长速率明显降低。
3. MPs 的吸收和积累：Py-GC/MS 分析表明，浮萍能积累 PS-MPs 和 PMMA-MPs，且相同处理浓度下，积累的苯乙烯比甲基丙烯酸甲酯多，10mg/L 时两种微塑料积累差异最大。
4. 光合参数：PS-MPs 显著提高了 F_V/F_M和 PI_ABS等光合参数，增加了光合色素含量。PMMA-MPs 对 F_V/F_M影响较小，但对 PI_ABS有较大正向影响，同时降低了光合色素含量。此外，PS-MPs 处理后，RuBisCO 大亚基（rbcL）相对强度变化较小，而 PMMA-MPs 处理后大幅下降。
5. 叶绿体超微结构：对照组叶绿体结构正常。100mg/L 的 PS-MPs 处理后，叶绿体变圆，类囊体系统松散，但结构仍完整。100mg/L 的 PMMA-MPs 处理后，叶绿体类囊体扩张，淀粉粒和质体小球减少，出现孔洞。
6. H₂O₂含量和氧化损伤：PS-MPs 和 PMMA-MPs 均使 H₂O₂含量增加，PMMA-MPs 在 100mg/L 时增加更显著。两种微塑料对 MDA 含量影响不显著，但 PS-MPs 在较高浓度、PMMA-MPs 在最高浓度时，蛋白质羰基含量显著增加。
7. 非酶和酶抗氧化剂：PS-MPs 对脯氨酸含量影响中等，PMMA-MPs 则显著增加脯氨酸含量。PS-MPs 对超氧化物歧化酶（SOD）活性影响较小，PMMA-MPs 使其略有增加。PS-MPs 显著诱导了焦性没食子酸过氧化物酶（PPX）和抗坏血酸过氧化物酶（APX）的活性，而 PMMA-MPs 对它们的影响较小。

研究结论和讨论部分指出，PS-MPs 和 PMMA-MPs 对浮萍的生长和生理过程影响不同。PS-MPs 因粒径较小、不易聚集，更易被植物吸收，引发轻度氧化应激，激活 PPX 和 APX 等过氧化物酶，增加光合色素含量，提高光合效率，促进植物生长。而 PMMA-MPs 吸收较少、聚集较多，对浮萍产生更有害的影响，降低生长、光合效率和色素含量，导致叶绿体严重超微结构损伤。此外，研究中使用的是高纯度、均一尺寸的球形微塑料，与环境中常见的不规则微塑料不同，实际环境中的微塑料可能因添加剂等因素更具毒性。该研究为深入了解微塑料对水生植物的影响提供了重要参考，有助于评估微塑料污染对淡水生态系统的潜在危害，为相关环境保护政策的制定提供科学依据。