综述:微塑料及其附着污染物的联合毒理学效应研究

【字体: 时间:2025年05月09日 来源:Emerging Contaminants 5.3

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  这篇综述聚焦微塑料(MPs)与附着污染物的联合毒理效应。MPs 来源广泛、分布普遍,能吸附多种污染物。研究发现其与污染物协同作用,对水生、陆生生物及微生物均产生毒性影响。该综述为深入了解 MPs 危害提供依据,值得关注。

  

1. 引言


塑料作为重要的有机合成聚合物材料,在生活中广泛应用。然而,大量塑料废弃物进入环境,其中一部分分解形成微塑料(MPs),粒径小于 5mm。MPs 来源分为初级和次级,初级 MPs 源于含 MPs 产品的直接排放,如个人清洁产品中的塑料微珠;次级 MPs 则由大型塑料垃圾经机械磨损、化学腐蚀和生物降解等过程形成,像衣物洗涤时释放的塑料纤维。

MPs 可根据化学材料、在环境中的状态和形状进行分类。按化学材料,可分为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚氯乙烯(PVC)等;按状态,可分为悬浮或沉积;按形状,常见的有纤维、薄膜和泡沫等。不同形状的 MPs 在生物体内的积累位置不同,如塑料纤维常积聚在肺部,颗粒状 MPs 多见于肝脏、脾脏和腹部淋巴结。

2. 微塑料的分布


MPs 分布广泛,涉及海洋、淡水和陆地等多个环境领域。土壤受 MP 污染严重,中国长江中下游地区土壤中 MP 平均含量达 37.32 MP/kg,且呈上升趋势,如南京城市土壤中 MP 含量在 2010 - 2020 年间从 326.7 MP/kg 增加到 480.9 MP/kg。海洋也是 MP 污染的重要区域,中国渤海全年总塑料平均密度为 0.49 ± 0.18 plastic/m3,埃及红海表层 MP 丰度在 50 - 66 MPs/100 ml 之间波动。此外,MPs 还存在于淡水系统、大气以及极地、高原和沙漠等极端区域。

3. 微塑料附着的污染物


MPs 因其小尺寸和高比表面积,能吸附环境中的多种有毒有害物质,包括外源性和内源性污染物。

3.1 影响微塑料吸附污染物的因素


MPs 对污染物的吸附受多种因素影响。其自身性质如尺寸、形状、表面化学和特征等起着重要作用,尺寸越小,比表面积越大,吸附能力越强;老化过程会使 MPs 表面形成微裂纹和孔隙,增加吸附容量,老化后的 MPs 对重金属和有机污染物的吸附能力显著提高。

MPs 与微生物的相互作用也会影响吸附,微生物在 MPs 表面形成的生物膜可改变其表面化学性质。此外,外部环境因素,如溶液中的其他成分、pH 值、温度以及搅拌或流动条件等,都会对 MPs 的吸附性能产生影响。

3.2 对生物体的联合毒性效应


MPs 与污染物共存时往往产生协同作用,加剧污染物在生物体内的毒性。

  • 对水生生物的影响:对水生无脊椎动物,如大型溞暴露于 PS - MPs 和全氟辛酸铵(APFO)时,肠道会受到损伤;淡水溞同时暴露于 MPs 和三氯生(TCS),死亡率增加,抗氧化酶活性改变。对水生脊椎动物,鲤鱼暴露于阿维菌素苯甲酸酯(EMB)和 MPs,肠道屏障功能受损;斑马鱼暴露于 MPs 和甲基苯丙胺(METH),运动行为改变,类固醇激素合成和 C 型凝集素信号通路被刺激。但多数实验中污染物浓度高于实际环境,可能无法准确反映真实情况。
  • 对陆生生物的影响:对陆生无脊椎动物,蚯蚓暴露于 MPs 和多环芳烃(PAHs),体内 PAHs 生物积累增加,生长、行为和免疫系统受负面影响;秀丽隐杆线虫暴露于 UV - 老化的聚苯乙烯(UV - PS)和四溴双酚 A(TBBPA),身体长度、运动行为和繁殖力下降。对陆生脊椎动物,小鼠暴露于 PS - MPs 和邻苯二甲酸二(2 - 乙基己基)酯(DEHP),肾脏、卵巢和皮肤等器官组织受损,哮喘症状加重;小鼠暴露于 PS - NPs 和黄曲霉毒素 B1(AFB1),结肠炎症和肠道屏障损伤加剧。
  • 对微生物的影响:大肠杆菌在 MPs 表面形成生物膜,吸附红霉素后,相关基因表达受抑制,可能导致细菌耐药突变频率增加;在废水活性污泥中,MPs 及其附着污染物的联合毒性使重要厌氧细菌、蛋白质水解细菌和产甲烷菌的丰度显著降低。但并非所有联合暴露都抑制微生物生长,如老化的 PVC - MPs 和铜(Cu)联合作用时,对某些真菌的生长有促进作用。
  • 对其他生物的影响:蕨类植物暴露于 PS - NPs 和十溴二苯醚,会遭受氧化应激,光合作用受阻;紫色生菜受到 PS - MPs 和邻苯二甲酸二丁酯污染,生物量受到抑制。

4. 局限性和未来研究方向


现有研究多使用原始 MPs,存在诸多局限性。原始 MPs 缺乏环境代表性,无法反映自然环境中 MPs 的真实状态;对添加剂释放的动态考虑不足;难以模拟老化 MPs 与生物体的复杂相互作用。这些局限性导致毒性低估、作用机制判断错误和生态风险评估不准确。

以往研究还常忽略 MPs 形状对毒性和污染物吸附的影响。不同形状的 MPs,如纤维状、颗粒状和薄膜状,在与生物体接触、吸附污染物能力和对生物体的危害程度上存在差异,但目前对其生态效应的研究尚处于初步阶段。

当前研究多集中在局部地区和常见环境,缺乏对特殊或极端环境的研究,且多关注短期效应,对 MPs 及其附着污染物的长期环境和生态影响,尤其是跨代效应研究不足。此外,MPs 与其他污染物的复杂相互作用也未得到充分研究。未来需开发更先进的分析技术,准确识别和量化 MPs 释放的添加剂及吸附的外部污染物,评估其对生态系统和生物健康的潜在风险。

5. 结论


微塑料及其附着污染物对生态系统的协同影响复杂且多层次。MPs 不仅自身对生态系统产生负面影响,其表面附着的多种污染物还会加剧这种危害,对水生和陆生生物造成严重损害,并通过食物链威胁人类健康。因此,需要加强跨学科合作,多学科共同参与分析 MPs 及其附着污染物的环境行为和毒理学机制,制定新的防控措施,提高公众意识,以减轻这些污染物的危害,促进环境保护和可持续发展。

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