阻断“特洛伊木马”效应：腐殖酸通过抑制异质聚集和氧化应激缓解氨基改性纳米塑料与四环素对微藻的联合毒性

《Journal of Environmental Management》：Blocking the “Trojan Horse” effect: Humic acid alleviates the combined toxicity of amino-modified nanoplastics and tetracycline to microalgae by inhibiting heteroaggregation and oxidative stress

　　

摘要 鉴于全球水生环境中纳米塑料不断累积，人们担心塑料污染会通过纳米塑料将人工污染物（如抗生素）转移至水生生物，从而导致生态灾难。然而，这种“特洛伊木马”效应的强度可能会受到天然有机物的影响，因为天然有机物能与纳米塑料和抗生素相互作用，进而可能影响其生物效应。因此，本研究评估了腐殖酸（HA, 10 mg L?1）如何调节氨基改性聚苯乙烯纳米塑料（NH2PS, 25 mg L?1）和四环素（TC, 5–15 mg L?1）对小球藻（Chlorella vulgaris）的联合影响，暴露时间为 96 h。结果显示，暴露于 TC 和 NH2PS，尤其是两者联合时，会因污染物与藻细胞之间的异质团聚导致氧化应激升高，从而对微藻产生多种不利影响（例如，膜解体、线粒体功能障碍、生长迟缓和光合色素合成受损）。TC 吸附到 NH2PS 上形成了一种载体增强递送系统，放大了两种污染物的细胞内化，导致细胞稳态持续破坏。重要的是，HA 能够减轻这些对微藻的毒性作用，因为理化表征显示 HA 竞争性减少了 TC 在 NH2PS 表面的吸附，并增强了污染物的分散稳定性，从而减少了由与污染物直接接触引起的氧化和膜损伤。总体而言，本研究提供了关于天然有机物如何缓解纳米塑料与抗生素“特洛伊木马”效应的机理理解，表明在真实条件下，纳米塑料的生态影响可能不如预期严重。这些见解对于完善生态风险评估和指导纳米塑料污染管理至关重要。

引言 塑料的持续生产和广泛使用导致了全球塑料污染，每年约有 4.8–12.7 百万吨塑料废物排放到水生环境中（Galloway 等，2020）。塑料废物通过物理和化学过程逐渐破碎成微塑料（MPs, 0.1–5 mm）和纳米塑料（NPs, < 100 nm）（Shen 等，2022）。由于微塑料通过生物降解、化学氧化和紫外线辐射不断破碎，纳米塑料在水生环境中的丰度高于微塑料（Besseling 等，2019）。在不同的纳米塑料类型中，聚苯乙烯纳米塑料占主导地位，因为它们被广泛用于包装、药品和个人护理产品（Liu 等，2018；Huang 等，2024）。由于塑料污染预计在未来会恶化（Mattsson 等，2015），了解纳米塑料如何影响水生生物的健康在过去十年中受到了越来越多的关注。

纳米塑料的理化性质，包括粒径和表面电荷，会影响其毒性和对水生生物的生物有效性（Huang 等，2021）。例如，氨基（–NH2）会产生正表面电荷，改善水性分散性并促进与带负电生物分子（如蛋白质和核酸）的相互作用，这表明氨基改性聚苯乙烯纳米塑料比未改性的具有更高的生物活性和毒性（Sun 等，2020）。除了直接毒性作用外，纳米塑料可以通过“特洛伊木马”效应吸附各种环境污染物，包括人为有机化合物，这使得纳米塑料能够作为载体将污染物携带并运输到生物体内，从而间接产生毒性作用（Mattsson 等，2015；Zhang 和 Goss, 2021；Bryant 等，2024）。与微塑料相比，纳米塑料被认为更具危害性，不仅因为其穿透能力更强（Sun 等，2020；Han 等，2023, 2024），还因为由于其更高的比表面积体积比而具有更高的污染物吸附能力（Feng 等，2020；Shi 等，2025）。然而，影响污染物与纳米塑料相互作用的因素以及控制其联合毒性的潜在机制需要更多研究。

在各种环境污染物中，由于抗生素的广泛使用，它们是在水生环境中检测到的最常见组别之一（Lin 等，2022；Bank 等，2020）。特别是四环素，在全世界被用于治疗动物感染和促进动物生长（Scaria 等，2021），但生物体对其代谢较差。因此，四环素通过动物粪便和废水排放到水生环境中（Chen 等，2022），检测浓度通常在 0.1 到 50 mg L?1 之间（Zhong 等，2022）。纳米塑料和抗生素的共存会破坏水生生态系统的功能，特别是初级生产，因为微藻通常对污染物敏感（You 等，2021）。另一方面，被微藻吸收的纳米塑料和抗生素可以沿着食物链转移给更高营养级的生物，可能威胁人类健康（Xin 等，2021）。因此，研究抗生素如何改变纳米塑料的性质并调节其对微藻的影响对于完善生态风险评估至关重要。

纳米塑料与微藻之间的异质团聚可以决定纳米塑料的环境归趋和毒性（Li 等，2020；Narayanan 等，2026）。然而，这种物理相互作用可能会受到有机污染物的进一步影响，有机污染物会改变纳米塑料的表面性质（如 zeta 电位和疏水性）以及自身团聚，最终影响微藻的生理状态，如代谢和细胞摄取（Feng 等，2020；Li 等，2024）。值得注意的是，在自然水生环境中，纳米塑料也可以与能调节其理化性质的有机物相互作用。事实上，天然有机物是含碳化合物的阴离子异质基质（如腐殖酸），在水生环境中无处不在（Ouyang 等，2018；Zeng 等，2021），并且能够吸附到工程纳米颗粒和有机污染物的表面，提供负表面电荷以改变颗粒排斥力（Aeschbacher 等，2012；Wu 等，2019）。天然有机物也可以通过改变纳米塑料表面性质和团聚行为来修饰颗粒团聚、稳定性和生物有效性，同时与污染物结合，这可能会增强“特洛伊木马”效应（Noventa 等，2018；Narayanan 等，2026；Talib 等，2026）。虽然天然有机物在改变纳米塑料表面性质和污染物结合能力方面的作用越来越受到认可，但它如何影响微藻对纳米塑料 - 抗生素混合物的反应仍 largely 未被探索。

因此，本研究考察了氨基改性聚苯乙烯纳米塑料（NH2PS）和腐殖酸（HA）对小球藻（Chlorella vulgaris）——一种生态毒理学研究的模式生物——中四环素（TC）累积的联合影响。HA 代表淡水生态系统中常见的难降解天然有机物（Liu 等，2020），而 TC 是一种在自然水生环境中频繁检测到的广泛分布的抗生素（Zhong 等，2022）。我们检验了这样一个假设：HA 会通过减少污染物累积和细胞应激来缓解小球藻中纳米塑料 - 抗生素混合物的毒性。为了提供全面评估，我们评估了微藻的多个细胞终点，包括膜完整性、生长率、色素含量、生化和元素成分以及抗氧化酶活性。此外，在 HA 存在下，表征了不同 TC 浓度下微藻与 NH2PS 之间的物理相互作用，以评估 HA 在调节这些相互作用中的作用。我们专门确定了 NH2PS 是否能促进 TC 在微藻中的摄取和累积（基于细胞应激反应），以及 HA 的存在是否能改变 NH2PS 对 TC 的载体功能。本研究将为理解天然有机物如何调节纳米塑料 - 抗生素相互作用提供新的机理见解，并为完善新兴污染物混合物的生态风险评估提供关键见解。

章节片段

微藻的培养与实验材料 淡水微藻小球藻（NRMC-F-0128）取自印度巴拉迪达斯大学的国家微藻和蓝藻库 - 淡水（NRMC-F）。在实验室中，微藻在 25°C 的培养箱中，使用 BG 11 培养基进行预培养（光照：冷白光灯 2000 lx；光暗周期：12 h/12 h）。每天至少摇动烧瓶三次以防止微藻沉积。

阳离子氨基改性聚苯乙烯纳米塑料

富里酸存在下四环素在纳米塑料上的吸附 基于吸附等温线，我们观察到在没有 HA 的情况下，随着 TC 浓度增加，TC 吸附最初迅速增加，随后在 50 mg L?1 的较高 TC 浓度下稳定（图 1a）。根据 Langmuir 模型，TC 在 NH2PS 上的最大吸附容量为 9.17 mg g?1。在 HA 存在的情况下，所有 TC 浓度下的吸附容量均显著下降（图 1b），根据 Langmuir 模型，TC 在 NH2PS 上的最大吸附容量为 7.55 mg g?1。

富里酸形成生态冠层稳定纳米塑料并抑制其团聚 富里酸（HA）在自然水生环境中无处不在，但它如何调节污染物之间的理化相互作用仍需更全面的研究。在这里，我们发现四环素（TC）随着时间的推移逐渐吸附到氨基改性聚苯乙烯纳米塑料（NH2PS）的表面，但 HA 通过结合竞争阻碍了这一吸附过程，其中 HA 的一些官能团（如羰基、羧基和酚羟基）优先与 TC 结合，并且...

结论 纳米塑料在水生环境中的持续累积已引起全球越来越多的关注，因为它们可以将人工污染物（如抗生素）携带并运输到水生生物体内并造成有害影响。然而，自然界中的有机物可能作为一种天然缓冲剂，减轻这些生物和生态影响。通过评估腐殖酸（HA）如何调节氨基改性聚苯乙烯纳米塑料（NH2PS）和四环素（TC）的联合毒性...

CRediT 作者贡献声明 Gopi Narayanan: 写作 – 审查与编辑，写作 – 初稿，可视化，软件，方法论，调查，形式分析，数据整理，概念化。Xiangyi Guo: 可视化，验证，软件，概念化。Mohmmed Talib: 调查，形式分析，数据整理。Gopala Krishna Darbha: 监督，资源，项目管理。Saiyong Zhu: 方法论，调查，形式分析。Daohui Lin: 写作 – 审查与编辑，验证，监督，

竞争利益声明 作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或可能影响本论文报告工作的个人关系。

致谢 本工作得到国家重点研发计划（2025YFE0100600）、国家自然科学基金（42576151 和 42192573）、广东省自然科学基金（2025A1515010933）、广东省教育厅（0202202300032）、广东省高校创新团队计划（2022KCXTD008）、汕头大学科研启动基金（NTF23027T）以及印度新德里科学与工程研究委员会 -PDF（编号：Gopi Narayanan|Xiangyi Guo|Mohmmed Talib|Gopala Krishna Darbha|Saiyong Zhu|Daohui Lin|Jonathan Y.S. Leung 汕头大学海洋灾害预测与防治广东省重点实验室，汕头，515063，中国）的资助。