微塑料与轮胎颗粒对大型溞的联合毒性效应：生理与转录组响应机制解析

本研究通过生理指标与转录组学分析，揭示了环境相关浓度下微塑料（MPs）与轮胎颗粒（TP）对大型溞（Daphnia magna）的协同毒性效应。研究发现低浓度混合暴露（Mix-MPsTP）显著诱导氧化应激（ROS、SOD活性升高），但通过抗氧化基因（如过氧化物酶、细胞色素b5）上调维持了代谢稳态（糖原变化而蛋白质稳定），填补了多污染物混合毒性机制研究的空白，为水生生态风险评估提供了关键分子依据。

　　

MPs and TP reagents

本研究使用的无色聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）碎片（分别记为PET-P、PE-P和PP-P）购自中国石化，并由供应商预粉碎至75 μm（200目）。聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（PP-F：300–500 × 20 μm；PET-F：300–450 × 18 μm）通过粉碎本地获取的无纺布材料（如口罩和茶包）并经水力分离收集。需说明的是，PET、PE和PP颗粒均未经荧光染色，以避免染料干扰毒性效应。轮胎颗粒（TP）源自日本普利司通提供的轿车轮胎胎面胶，经液氮冷冻粉碎后过200目筛（75 μm），并通过超声清洗去除可溶性杂质。所有颗粒均通过扫描电镜（SEM）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）进行表征（图S1）。

Accumulation of MPs and TP in gut of Daphnia magna

MPs和TP暴露导致大型溞肠道发生显著变化，且效应随浓度而异（图1）。对照组肠道完整透明（图1a），而暴露于1 mg/L Mix-MPs、TP或Mix-MPsTP的个体显示明显颗粒积累（图1b、1d、1f），其积累程度高于5 mg/L组（图1c、1e、1g）。这种反向浓度-响应关系可能源于高浓度下颗粒聚集导致摄食减少，而低浓度下颗粒分散更易被摄入。组织切片显示颗粒主要滞留于肠道中后段，可能与肠道蠕动和排空机制有关。值得注意的是，TP组在两种浓度下均呈现深色聚集物，暗示其表面化学特性可能促进生物吸附。

Ingestion of MPs and TP

本研究证实大型溞在环境相关浓度（1 mg/L和5 mg/L）下可有效摄入并滞留Mix-MPs、TP及其混合颗粒（Mix-MPsTP）。显微观察显示颗粒遍布消化道，表明大型溞具备内化不同聚合物组成和形态合成颗粒的能力。该发现与既往研究一致，即微塑料可通过滤食行为被水生无脊椎动物摄入。然而，本研究发现低浓度（1 mg/L）下颗粒滞留量更高，这与传统剂量-效应关系相反，可能归因于高浓度下颗粒聚集形成的较大团块难以被摄食，或触发回避行为（如滤食速率调整）。此外，TP与MPs的混合暴露显示协同滞留效应，提示表面性质（如疏水性）可能促进颗粒间相互作用与生物积累。

Conclusion

本研究表明大型溞对MPs、TP尤其是Mix-MPsTP的响应具有浓度依赖性。1 mg/L Mix-MPsTP诱导了最强氧化应激，表现为活性氧（ROS）和超氧化物歧化酶（SOD）活性升高，但丙二醛（MDA）未增加，表明抗氧化防御系统有效运作。关键应激相关基因（过氧化物酶、细胞色素b5、内切几丁质酶A）和代谢基因（卵黄蛋白原-2、C反应蛋白1.4）上调，提示解毒与能量调节的协同响应。尽管糖原水平显著变化，蛋白质含量稳定，证明短期应激下代谢稳态得以维持。研究强调混合污染物通过复杂相互作用放大毒性效应，呼吁在生态毒理学中重视多污染物联合评估。