聚乳酸与聚苯乙烯微塑料对土壤中芘的生物有效性影响及对蚯蚓的毒性机制研究

本研究针对微塑料(MPs)与多环芳烃(PAHs)复合污染问题，以蚯蚓(Eisenia fetida)为模型，探究聚乳酸(PLA)和聚苯乙烯(PS) MPs对芘(Pyr)生物有效性的影响及其联合毒性。发现MPs类型显著改变Pyr的土壤吸附行为，联合暴露引发蚯蚓氧化应激和神经毒性(AChE活性变化)，并破坏肠道菌群α/β多样性。该成果为评估MPs与有机污染物的环境风险提供了新依据。

　　

随着全球塑料污染加剧，微塑料(MPs)在土壤中的累积已成为严峻的环境问题。这些直径小于5毫米的颗粒不仅直接威胁土壤生态系统，还能作为载体吸附重金属和多环芳烃(PAHs)等污染物，形成复合污染。尤其值得关注的是，新兴的可降解生物塑料如聚乳酸(PLA)与传统塑料如聚苯乙烯(PS)的环境行为差异尚不明确。蚯蚓作为土壤健康的"晴雨表"，其生理生化响应能直观反映污染物的生态风险。

中国某研究机构团队在《Environmental Pollution》发表的研究，首次系统比较了PLA与PS MPs对典型PAHs——芘(Pyr)生物有效性的调控作用，并揭示其对蚯蚓的复合毒性机制。通过结合化学提取法(n-丁醇和羟丙基-β-环糊精提取)、生物标志物检测(超氧化物歧化酶SOD、过氧化氢酶CAT等抗氧化酶活性)和16S rRNA测序技术，研究人员构建了从分子到生态水平的完整证据链。

材料与方法
研究选用北京奥林匹克森林公园土壤，添加5 mg/kg Pyr及不同浓度PLA/PS MPs(≈70 μm)。通过扫描电镜(SEM)表征MPs形貌，采用化学提取法评估Pyr生物有效性，测定蚯蚓体重变化、抗氧化酶活性、乙酰胆碱酯酶(AChE)活性和8-羟基脱氧鸟苷(8-OHdG)含量等毒性终点，并分析肠道菌群结构变化。

MPs对芘生物有效性的影响
PS显著促进Pyr在蚯蚓体内的积累(p<0.05)，而PLA表现出抑制作用。化学提取数据显示，HPCD提取的Pyr含量与蚯蚓体内积累量呈显著正相关(r=0.82)，证实该方法可有效预测生物有效性。

单一与复合毒性效应
虽然Pyr(5 mg/kg)单独暴露未导致蚯蚓死亡，但引发显著氧化应激(SOD活性升高37.2%)和神经毒性(AChE活性降低28.5%)。MPs与Pyr联合暴露产生协同效应：PLA+Pyr组MDA(丙二醛)含量较对照组增加52.3%，显示脂质过氧化加剧；PS+Pyr组则引起更复杂的肠道菌群紊乱(Chao1指数下降19.8%)。

肠道微生物组响应
16S rRNA测序揭示，Pyr单独暴露主要降低菌群丰度，而MPs+Pyr组合显著改变群落结构(p<0.01)。PS暴露与变形菌门(Proteobacteria)富集相关，PLA则促进放线菌门(Actinobacteria)增殖，表明MPs类型直接影响菌群演替方向。

结论与意义
该研究突破性地揭示：①可降解PLA与传统PS对污染物生物有效性的调控作用存在本质差异；②即使低剂量(5 mg/kg)Pyr也能通过破坏蚯蚓抗氧化防御系统和神经传导功能产生生态风险；③MPs-Pyr复合污染对肠道菌群的干扰程度远超单一污染。这些发现为完善土壤复合污染评价体系提供了理论依据，特别强调在评估生物塑料环境风险时，需考虑其与污染物的交互作用。研究建立的HPCD提取-生物积累相关性模型，为预测PAHs的生态风险提供了实用工具。