细小浮萍和大型溞对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微塑料纤维的差异敏感性：危害表征与基于场景的风险评估

《Aquatic Toxicology》：Differential sensitivity of Lemna minor and Moina macrocopa to polyethylene terephthalate (PET) microplastic fibers: hazard characterization and scenario-based risk assessment

　　

摘要
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）微纤维是淡水环境中常见的污染物，但其对不同营养级毒性敏感性的研究尚不充分。本研究评估了 PET 微塑料纤维对浮萍（*Lemna minor*）和枝角类大型溞（*Moina macrocopa*）的比较毒性。健康的 *L. minor* 叶片暴露于几种 PET 纤维浓度下七天，测定叶片数量、叶片面积、根长以及叶绿素 a 和 b 含量。对于 *M. macrocopa*，进行了 48 小时的急性活动抑制试验，并评估了幼体的存活率、生长和心率。此外，还使用几种亚致死 PET 纤维浓度进行了为期 7 天的慢性繁殖试验。在 PET 纤维浓度≥50 mg/L 时，*L. minor* 的叶片面积显著降低（p < 0.05）。在≥150 mg/L 时，平均叶片数量显著降低，而在 200 mg/L 时叶绿素 a 和 b 含量显著降低（p < 0.05），根长未受影响。急性暴露于 *M. macrocopa* 在≥5、≥10 和≥100 mg/L 时分别显著降低了存活率、生长和心率（p < 0.05）。慢性暴露于≥5 mg/L 时显著降低了总繁殖量（p < 0.05）。其他繁殖相关终点观察到剂量依赖效应，尽管均未达到统计显著性。这些发现表明，淡水初级生产者和消费者对 PET 微塑料纤维暴露的敏感性存在差异，*M. macrocopa* 的繁殖效应发生在比 *L. minor* 大多数生长和生理反应更低的浓度下。初步的基于情景的探索性生态风险评估表明，在水面浓度下当前生态风险可忽略不计至低，但微纤维的长期积累和化学共同暴露仍存在持续的生态担忧。

引言
由于塑料的耐用性、多功能性、轻质特性和低生产成本，过去五十年间全球塑料的生产和消费量显著增加（Thompson et al., 2010）。塑料广泛用于包装、建筑、医疗保健、交通运输、农业、电子及众多家庭应用（Thompson et al., 2010）。过去 50 年间，全球塑料产量增长了 20 倍，导致广泛的环境污染，大量塑料堆积在垃圾填埋场并进入水生生态系统（Horton, 2022; Walker and Fequet, 2023）。由于难以降解，塑料材料可在环境中持续数十年甚至数百年，逐渐从宏观塑料碎裂成微塑料和纳米塑料，导致其在陆地和水生生态系统中积累（Winton et al., 2020; Zheng et al., 2026）。

微塑料通常定义为直径小于 5 毫米的微小塑料颗粒（Osman et al., 2023）。微塑料分为两类：一次性和二次性。一次性微塑料是有意制造用于特定应用的，而二次性微塑料是在环境中通过物理、化学或生物降解过程由较大塑料碎片分解产生的（Ha and Yeo, 2018）。这些颗粒可能呈现不同的形状，包括碎片、纤维、薄膜、泡沫和颗粒，并由多种聚合物组成，包括聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）（Osman et al., 2023）。在各种形式中，由于从合成纺织品、渔具、绳索和工业材料中广泛释放，不同聚合物类型的微塑料纤维常被报告为水生环境中占主导地位的微塑料形状之一（Sait et al., 2021）。

微塑料对淡水生物的生态影响已成为日益受到关注的问题（de Sá et al., 2018）。由于淡水生态系统具有复杂的食物网和相互关联的营养相互作用，评估微塑料对不同功能群的影响对于理解其潜在的生态后果尤为重要。水生大型植物和浮游动物是淡水生态系统中的两个关键功能群，因此被广泛用作生态毒理学研究中的模式生物。特别是，水生大型植物浮萍（*Lemna minor*）和枝角类大型溞（*Moina macrocopa*）代表了互补的营养级，分别作为初级生产者和初级消费者发挥作用。

浮萍（*Lemna minor*）是一种漂浮型淡水大型植物，属于浮萍科，经常出现在池塘和流动缓慢的溪流中。由于其生长迅速、结构简单且对环境污染物敏感，它被广泛应用于生态毒理学研究。已制定了使用浮萍属（*Lemna* sp.）进行水毒理学测试的标准指南，包括经济合作与发展组织（OECD）和美国环境保护署（EPA）发布的指南。根据 Kal?íková 等人（2017）的研究，微珠形状的 PE 微塑料已被观察到与 *L. minor* 发生相互作用，严重损害其根系。微塑料（10 mg/L）因机械阻塞使根长减少了 20%，但对叶片生长速率或叶绿素含量无影响。由于物理损伤，锐利边缘的微塑料颗粒进一步限制了根细胞的存活。此外，Mateos-Cárdenas 等人（2019）报告称，碎片形状的 PE 微塑料强烈附着在 *L. minor* 叶片表面。这引发了对其在营养转移中潜在作用的担忧，因为食草大型无脊椎动物可以摄食含有微塑料的 *L. minor*，从而使塑料污染在水食物网中传播。

大型溞（*Moina macrocopa*，水蚤）是一种小型淡水枝角类，在淡水食物链中作为初级消费者发挥着重要作用。由于其繁殖迅速、对环境污染物敏感且易于实验室培养，*M. macrocopa* 被广泛用于生态毒理学研究（Gao et al., 2023）。作为滤食者，*M. macrocopa* 摄入各种颗粒，包括微塑料，使其成为评估淡水环境中污染物影响的实用模式生物。其短暂的生命周期、孤雌生殖以及对环境污染物的敏感性使其成为淡水毒性研究中的流行模式生物（Kim et al., 2024; Samarakoon and Fujino, 2024）。Gao 等人（2023）证明，*M. macrocopa* 对微塑料暴露敏感，0.5 微米 PS 微球对存活率、繁殖和其他生活史特征产生不利影响。在低至 10 个颗粒/毫升的浓度下即可观察到效应，暴露减少了存活时间和繁殖产出，而 10? 个颗粒/毫升的高浓度导致完全繁殖失败（Gao et al., 2023）。这些发现突出了 *M. macrocopa* 对微塑料诱导效应的敏感性，并表明响应可能随暴露浓度而大幅变化。

尽管已有许多研究调查了微塑料的生态影响，但大多数研究集中在碎片或颗粒上，以及 PS、PE 和 PP 等聚合物类型。然而，根据现有文献，微塑料纤维——一种在水生环境中最常报告的微塑料形状（Jachimowicz et al., 2026; Ding et al., 2025）——以及 PET——一种在消费品中最广泛使用的聚合物之一，也是水生生态系统中常见的污染物（Ding et al., 2025）——在基于实验室的生态毒理学研究中受到的关注相对有限。此外，很少使用共同测试材料并行评估植物和枝角类的响应，从而限制了对它们相对敏感性的稳健比较。此外，实验室危害浓度常被讨论为似乎代表环境暴露或直接转化为生态风险结论，尽管在特定聚合物的监测数据和质量与颗粒转换方面存在重大不确定性。

因此，本研究旨在评估 PET 微塑料纤维对淡水大型植物 *L. minor* 和枝角类 *M. macrocopa* 的影响。使用相同的 PET 纤维制备物分别评估这些生物体，控制了研究间变异的一个重要来源，并测试了共同材料在两个功能上截然不同的淡水模式生物中是否产生相似或不同的效应模式。本研究的具体目标是（i）表征用于暴露的 PET 纤维；（ii）量化 *L. minor* 的叶片增殖、叶片面积、根伸长和叶绿素含量的影响；（iii）确定 *M. macrocopa* 的急性存活率、生长和心率效应以及亚慢性繁殖效应；（iv）比较两个功能群之间的终点敏感性；以及（v）通过将最敏感的非急性测试阈值与报告的淡水微纤维浓度联系起来，进行初步的基于情景的风险评估。浓度范围的选择是为了确定危害和效应起始点，而不是为了重现环境暴露，因此得出的风险估计被解释为初步筛查值。本研究的发现将有助于更好地了解 PET 微塑料纤维对淡水生态系统潜在生态影响，并为支持未来环境监测、生态风险评估和管理策略提供宝贵信息。

章节片段
微塑料纤维及其表征
使用从当地塑料供应商（斯里兰卡科伦坡 Delux Plastics）获得的商业 PET 纤维片制备 PET 微塑料纤维。纤维片由编织在一起的白色 PET 纤维组成，这些纤维在斯里兰卡及世界各地广泛用于制造船只、渔网和绳索（Jaffe et al., 2020; Ochi et al., 2007）。通过分析纤维片的化学组成并经匹配由...获得的透射光谱确认为 PET。

浮萍生物测定
*L. minor* 产生的叶片数量随着 PET 微塑料纤维浓度的增加而减少，尽管该响应仅在最高暴露水平（150 和 200 mg/L）下才具有统计显著性（p < 0.05，单因素方差分析）（图 3.1(A)）。对照组 *L. minor* 在 7 天后平均产生 14.7 片叶片，而暴露于 10、50 和 100 mg/L 的组别表现出统计上相当的叶片数量（13.7–14.3）。相比之下，暴露于 150 和 200 mg/L 显著减少了

讨论
本研究进行的生物测定提供了对 PET 微塑料纤维对包括 *L. minor* 和 *M. macrocopa* 在内的淡水物种毒害作用的关键理解。结果表明敏感性存在物种特异性差异，对生长、繁殖和存活率等生物学终点有显著影响。
通过评估叶片数量、叶片面积、根长和叶绿素 a 的变化来确定 PET 微塑料纤维对 *L. minor* 的影响

结论与建议
本研究评估了 PET 微塑料纤维对两个物种的生态毒理学效应，包括 *L. minor* 和 *M. macrocopa*，它们分别代表了淡水环境中重要的初级生产者和初级消费者。研究结果表明，PET 微塑料纤维可以显著影响受试淡水生物的生理和功能特征。在 *L. minor* 中，在浓度≥50 mg/L 时叶片面积显著降低，而叶片数量和叶绿素含量

伦理批准
不适用。

生成式人工智能的使用
在准备本作品期间，作者使用了 ChatGPT 以提高语言和清晰度。使用该工具后，作者根据需要审查和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

CRediT 作者贡献声明
Vihara Samiduni Jayasinghe：撰写——初稿、方法学、调查、正式分析、数据整理。Thilomi Samarakoon：撰写——审阅与编辑、撰写——初稿、可视化、验证、监督、方法学、正式分析、数据整理、概念构思。Chamini Hemachandra：撰写——审阅与编辑、验证、监督、方法学。

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斯里兰卡凯拉尼亚大学理学院动物学与环境管理学系，凯拉尼亚 11600，斯里兰卡