《Environmental Pollution》：Influence of Particle Size and Feeding Conditions on Microplastic Ingestion and Depuration in
Daphnia magna
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摘要淡水无脊椎动物对微塑料的摄取与滞留受颗粒特性和摄食条件两方面影响，但饲料组成所产生的具体影响仍缺乏深入了解。本研究考察了三种饲料条件下成体Daphnia magna对尺寸为45-53、63-75及90-106 μm聚乙烯微塑料的浓度依赖性和时间依赖性摄取以及排泄过程，其中
摘要
淡水无脊椎动物对微塑料的摄取与滞留受颗粒特性和摄食条件两方面影响，但饲料组成所产生的具体影响仍缺乏深入了解。本研究考察了三种饲料条件下成体Daphnia magna对尺寸为45-53、63-75及90-106 μm聚乙烯微塑料的浓度依赖性和时间依赖性摄取以及排泄过程，其中暴露实验在摄食条件或非摄食条件下进行。浓度依赖性累积实验在4、8、40、80、400和800 mg/L浓度下进行48小时。时间依赖性累积在60 mg/mL浓度下评估60小时。排泄过程在暴露于60 mg/L浓度48小时后测量6小时。实验饲料包括活体Chlorella vulgaris、干螺旋藻与酵母混合物，或两者的组合。浓度依赖性摄取符合Michaelis-Menten动力学，最小的微塑料被保留的数量最多，且禁食条件在所有饲料处理中均导致更高的颗粒滞留。时间依赖性摄取呈S形趋势，受微塑料尺寸、饲料类型和食物可得性的影响。排泄呈现反向S形模式，且经活体藻类饲料驯化的D. magna通常表现出更快的微塑料清除速度，表明先前的摄食史影响了排泄过程。综合而言，这些结果表明成体D. magna对微塑料的摄取和排泄既取决于微塑料尺寸，也取决于摄食条件，且饲料组成在短期内对微塑料的归趋起关键作用。总之，本研究提示，摄食史和饲料组成在受控条件下影响微塑料的摄取和排泄，在进行实验室暴露实验的设计和结果解读时应予以考虑。
引言
塑料的广泛生产及其在环境中的持久性导致塑料碎片在生态系统中积累，尤其在水环境中（Geyer等，2017）。据估计，世界海洋中存在5.25万亿个塑料颗粒，且淡水系统中的污染仍在持续增加（Li等，2023；Pal等，2024）。这些颗粒通常是大块塑料碎片降解为微塑料的结果，微塑料定义为小于5毫米的颗粒（Andrady，2011；Thompson等，2004）。水生物种容易摄入微塑料，这为通过水食物网进行营养级传递提供了潜在途径（Carbery等，2018）。微塑料还可能通过造成物理磨损、降低摄食效率和增加生理应激而损害生物体健康（Sabri等，2025）。这些影响已在多种海洋和淡水类群中得到记录，但其程度和生态意义取决于暴露条件和颗粒特征（Sarijan等，2021）。因此，使用模式生物进行实验研究对于识别驱动微塑料摄取和生物积累的因素至关重要。
受影响的生物中包括在水食物网中充当初级消费者的滤食性浮游动物（Ebert，2022）。例如，Daphnia magna容易摄入微塑料，然而现有文献主要关注食物可得性如何影响微塑料的摄取和排泄。尽管如此，饲料质量的差异如何影响这些过程仍知之甚少。研究表明，食物可得性影响D. magna的微塑料动态，因为藻类的存在会加速微塑料的肠道通过，而较高的食物丰度可减少微塑料对生长和繁殖的影响（Aljaibachi等，2020；Aljaibachi和Callaghan，2018；Ghosh等，2025；Lyu等，2022；Ogonowski等，2016；Wang和Wang，2023b）。除食物数量外，饲料质量也会改变生物体对微塑料的反应（Zhou等，2025），因为营养组成从根本上调节D. magna的生理状态，包括存活率和繁殖表现（Freese和Martin-Creuzburg，2013；Ili?等，2019；Turcihan等，2022）。
不同实验室的饲喂方案和培养方案存在差异，且大多数研究依赖单一类型的饲料，未能考虑这些饮食变异对微塑料动态的影响。例如，单纯投喂Chlorella vulgaris在微塑料研究中被广泛使用，但其必需脂肪酸含量可能不足，从而可能损害D. magna的生理表现（Aljaibachi等，2020；Aljaibachi和Callaghan，2018；An等，2021；Choi等，2014）。相比之下，干藻类如螺旋藻粉（Arthrospira platensis）和酵母（Saccharomyces cerevisiae）也常用于培养D. magna，但其营养特征与活体藻类不同，包括脂肪酸组成、固醇含量和营养生物利用度等方面的差异（Eryal??n和Zeybek，2025；Frydkj?r等，2017；Mezgebu等，2025）。尽管已有这些认识，我们对不同饲料如何影响微塑料摄取和排泄过程的理解仍然有限。
为解决这一问题，本研究在三种代表不同营养特征的饲料处理条件下，考察了不同尺寸微塑料在D. magna中的摄取和排泄过程：活体C. vulgaris（代表活体藻类饲料）、干螺旋藻-酵母混合物（代表常见的实验室培养饲料）以及混合饲料（结合两种饲喂处理）。研究假设为：(1)由于尺寸选择性摄食，较小的微塑料比较大的更容易积累；(2)食物的存在会通过加速肠道通过和颗粒稀释作用，使净微塑料积累量较禁食条件下减少；(3)活体藻类饲料相比其他导致较慢肠道通过速率的饲料，有助于更快清除微塑料。总体而言，本研究提供了机制性见解，阐明在受控实验室条件下饲料基质和摄食史如何影响淡水无脊椎动物微塑料摄取和排泄动力学。
各节摘要
Daphnia magna和Chlorella vulgaris培养
大型溞种群群系在两个含约70升脱氯水的20加仑水箱中维持，每个水箱约300个体，温度22 °C，光照周期为12:12 h。为确定大型溞的年龄和世代，将可见孕期的雌体隔离（其孵化次数未知），并将幼体转移至单独的水箱。第三代及后续世代的个体随后被分配至饮食驯化培养组，每组由两个独立的10加仑
浓度依赖性摄取
聚乙烯微塑料在D. magna中的浓度依赖性摄取呈现与Michaelis-Menten动力学一致的饱和模式，在较低微塑料浓度时摄取量急剧上升，在高浓度时趋近渐近线（图2、图3）。各处理的模型拟合度有所不同，45-53和63-75 μm微塑料通常表现出较强的拟合度（R2 = 0.83-0.98），而多种90-106 μm微塑料处理则显示拟合度较弱，且摄取和饱和的证据有限（R2 =
讨论
本研究的结果表明，聚乙烯微塑料在D. magna中的积累和清除并非仅由颗粒的物理尺寸决定，而是很大程度上受生物体摄食状态（包括饮食史和暴露期间的急性摄食状态）的调节。具体而言，急性禁食似乎会增加颗粒摄入，而摄食史则决定了清除能力，具有活体藻类摄食史的个体表现出显著更快的排泄速度
结论
不同饲喂处理下表现出的不同生物动力学模式表明，成体D. magna以依赖饲料的方式快速积累并消除微塑料，这表明在设计和解读未来微塑料暴露研究时应考虑营养背景。对浓度依赖性摄取、时间依赖性摄取和排泄过程的整合建模提供了短期微塑料归趋的详细表征，证明摄食条件和先前的饮食史均强烈影响微塑料
CRediT作者贡献声明
Shooka Karimpour：撰写—审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法、获取资金、概念构思。Sejal H Dave：撰写—原稿、可视化、方法、调查、形式分析、数据整理、概念构思。Raymond Kwong：撰写—审阅与编辑、监督、资源、项目管理、方法、获取资金、概念构思
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本研究中报告的工作。
动物实验
本研究按照以下动物福利和/或报告指南进行：加拿大动物护理委员会。伦理委员会批准非必需。根据机构指南和加拿大动物护理委员会（CCAC）的规定，本研究无需伦理批准，因为实验对象为非保护无脊椎动物物种（Daphnia magna）。
资助
本研究由加拿大研究主席计划（CRC-2021-00131）提供资助，该计划由加拿大自然科学与工程研究委员会（NSERC）支持，还包括加拿大创新基金会John R. Evans领袖基金（36352）以及安大略省研究基金对RK的资助。本研究还得到NSERC联盟项目资助（授予SK，编号ALLRP-560377-20）的支持。
利益冲突声明
? 作者声明不存在任何已知的竞争财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本研究中报告的工作。
致谢
作者感谢约克大学生物学系的Agnieszka Szelag在建立大型溞种群群系方面提供的协助。我们感谢滑铁卢大学（加拿大藻类培养中心）的Heather Roshon提供Chlorella vulgaris培养物及培养基，感谢多伦多大学（环境科学研究与分析实验室）的Jared Mudrik和Victoria Kirou提供其设备
Sejal H. Dave | Shooka Karimpour | Raymond W.M. Kwong
约克大学 生物学系 加拿大 多伦多
