《Journal of Hazardous Materials》：Bioaccumulation, trophic transfer and exuvial elimination of polystyrene nanoplastics in a terrestrial predator-prey system
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中文摘要翻译：聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）能够在陆生捕食者-猎物系统中发生营养级联传递，并最终进入捕食性步甲幼虫体内。研究人员采用铕（Eu）标记的纳米塑料，结合电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术，实现了对营养传递过程的准确定量。研究结果表明，经膳食暴
中文摘要翻译：聚苯乙烯纳米塑料（PS-NPs）能够在陆生捕食者-猎物系统中发生营养级联传递，并最终进入捕食性步甲幼虫体内。研究人员采用铕（Eu）标记的纳米塑料，结合电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术，实现了对营养传递过程的准确定量。研究结果表明，经膳食暴露后，幼虫的蜕皮过程受到抑制，同时其免疫反应被显著激活；而蜕皮过程能够清除大部分组织相关的纳米塑料。上述发现加深了研究人员对陆生环境中纳米塑料归趋及生态风险评价的理解。
论文解读文章
一、研究背景与科学问题
塑料污染已成为全球性的环境问题。尽管过去的研究主要聚焦于水生生态系统，但塑料实际上主要在陆地上生产和使用，因此陆生环境中的塑料污染程度可能较水生环境高出4至23倍。微塑料（MPs）和纳米塑料（NPs）粒径微小，能够扩散至生态系统各组分，对生物造成潜在危害。纳米塑料的毒性效应主要通过物理损伤、添加剂浸出以及吸附外源污染物等途径实现。除直接摄入、吸入和皮肤接触外，营养级联传递（trophic transfer）被认为是生物暴露于纳米塑料的重要途径。然而，已有研究大多集中于水生生态系统，关于陆生生态系统中的营养级联传递研究十分有限，且多数研究仅通过分析动物胃肠道中的颗粒含量来评估传递，难以反映颗粒在组织或细胞内的真正内化情况。此外，常规光谱法和量热法等检测方法在环境及生物基质中对纳米塑料的定量仍存在技术瓶颈。为弥补上述不足，研究人员采用金属掺杂颗粒（如铕标记聚苯乙烯纳米塑料，Eu-PS-NPs）作为示踪剂，以实现对纳米塑料在生物体内及食物链中迁移量和位置的精准测定。
二、研究目标与实验设计
本研究旨在评估聚苯乙烯（PS）纳米塑料在陆生捕食者-猎物系统中的营养级联传递。研究人员构建了一条实验食物链：以陆生蜗牛（Cantareus aspersus）为猎物，以步甲（Carabus (Chaetocarabus) lefebvrei）幼虫为捕食者。蜗牛是土壤-植物-大气界面的初级消费者，也是许多捕食者的猎物；步甲幼虫则为无翅且食螺性的捕食性昆虫，其对环境扰动敏感，是陆生食物网中的关键捕食者。研究通过将铕标记的聚苯乙烯纳米球（Eu-PS-NPs，标称粒径100 nm）混入植物性蜗牛饲料中，设置0.01%和0.10%（w/w）两个暴露浓度及对照，使蜗牛摄入纳米塑料；随后用这些受污染的蜗牛饲喂步甲幼虫，模拟捕食者经猎物产生的间接膳食暴露。幼虫在第二龄期被随机分为对照组（n=87）、0.01%暴露组（n=88）和0.10%暴露组（n=86）。研究量化了从饲料到蜗牛、从蜗牛到幼虫的营养传递因子（TTF），并评估了暴露对幼虫存活率、发育时间、蜕皮成功率及酚氧化酶（PO）活性的亚致死效应。
三、主要关键技术方法
研究人员使用了铕标记聚苯乙烯纳米塑料（Eu-PS-NPs）作为示踪颗粒，以铕元素作为定量标志物；采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）对饲料、蜗牛软组织、步甲幼虫全组织、去除肠道后的组织以及蜕皮（exuviae）中的铕浓度进行精确测定，并据此估算纳米塑料颗粒数和等价聚苯乙烯质量。营养级联传递效应通过计算营养传递因子（TTF）评估。幼虫的蜕皮进程和存活率通过Kaplan-Meier生存分析及Cox比例风险模型进行分析。免疫响应通过分光光度法测定血淋巴中基础性和总酚氧化酶（PO）活性。研究样本中，蜗牛来自法国Chrono-environnement实验室养殖种群，步甲成虫于2023年春季在意大利南部Calabria的Catena Costiera山（39°19′ N, 16°7′ E，海拔1000 m）采集。
四、研究结果
（一）Eu-PS-NPs的累积与营养级联传递
ICP-MS分析结果显示，对照组的铕背景浓度极低（幼虫组织0.0016 ± 0.0007 μg·g?1，蜗牛0.045 ± 0.022 μg·g?1），表明检出信号主要来源于暴露。与对照组相比，暴露组蜗牛的Eu-PS-NP浓度显著升高（p < 0.001）。步甲幼虫经营养级联暴露后，其Eu-PS-NP浓度亦显著升高，尤其在第三龄期幼虫中两种暴露浓度均显著高于对照；但0.01%与0.10%暴露组之间无显著差异，提示组织相关纳米塑料示踪剂负荷在高暴露水平下呈有限剂量依赖性增加。第三龄期幼虫含完整肠道内容物的个体中检测到的Eu-PS-NP浓度约为去除肠道个体的大约六倍，表明肠道相关物质占检测信号的大约85%。所有营养传递因子（TTF）均低于1，说明在该实验条件下未发生生物放大。
（二）蜕皮中的消除
第二步甲幼虫蜕皮（第二至第三龄期之间）中检测到的Eu-PS-NP浓度非常高，分别为2.009 ± 1.399 μg·g?1（0.01%暴露组）和11.00 ± 1.66 μg·g?1（0.10%暴露组），约是第二龄期幼虫组织浓度的12至16倍。该结果表明纳米塑料在蜕皮过程中被整合入旧表皮，蜕皮可能是步甲幼虫清除纳米塑料的潜在途径。
（三）存活率
膳食暴露于Eu标记的PS-NPs对步甲幼虫存活率无显著影响（p = 0.12）。对照组死亡率为1.92 ± 2.72%，0.01%暴露组为5.88 ± 2.16%，0.10%暴露组为0%，组间差异不显著。
（四）发育时间与蜕皮成功率
在第一龄期未暴露条件下，各组蜕皮成功率无差异（p = 0.99），所有个体均成功进入第二龄期。引入不同膳食处理后，第二龄期幼虫蜕皮成功率出现显著差异：对照组为76.40 ± 11.62%，0.01%暴露组显著降低至56.04 ± 0.68%（p = 0.02），0.10%暴露组为66.78 ± 1.98%，介于二者之间且与任一组均无显著差异。尽管蜕皮成功率存在差异，各处理组间总体发育时长无显著变化（p = 0.47）。
（五）酚氧化酶活性
与对照组相比，投喂经Eu-PS-NPs暴露蜗牛的幼虫，其基础性和总酚氧化酶（PO）活性均显著升高（基础性：p = 0.032和p = 0.0381；总活性：p = 0.0021和p = 0.0226，分别对应0.01%和0.10%暴露组）。PO响应呈现非单调模式：0.01%暴露组酶活性较对照组升高约10倍，而0.10%暴露组仅升高约5倍。
五、讨论与结论
本研究表明，聚苯乙烯纳米塑料可通过陆生捕食者-猎物互动实现营养级联传递，从蜗牛体内转移至步甲幼虫，但在实验条件下未发生生物放大。结合铕标记和元素定量方法，研究人员提供了定量证据，证明经营养级联获得的多数PS-NPs仍保留在消化道中，仅少部分真正内化到幼虫组织。研究同时揭示，尽管组织同化量较低，营养暴露仍可引起显著的亚致死效应，包括酚氧化酶活性改变和蜕皮成功率降低，表明纳米塑料可能干扰陆生捕食者的生理和免疫相关过程。蜕皮中较高纳米塑料负荷提示蜕皮过程可能是昆虫清除塑料污染物的一条此前被低估的途径。该研究为纳米塑料在陆生捕食者-猎物系统中的营养级联传递、组织同化和消除途径提供了新的定量证据，加深了研究人员对纳米塑料在土壤食物网中归趋的理解，也为未来开展长期多营养级研究及完善纳米塑料陆生生态风险评估暴露情景提供了重要基线数据。
