微塑料介导的尼泊金甲酯转移及其对小球藻（Chlorella vulgaris）的生态毒理学影响

《Journal of Water Process Engineering》：Microplastic-mediated transfer of parabens and its ecotoxicological impact on Chlorella vulgaris

　　

微塑料（Microplastics, MPs）与尼泊金甲酯（Methylparaben, MetP）是废水中持久性污染物。聚苯乙烯微塑料（polystyrene microplastics, PS-MPs）与MetP引起的代谢应激在168小时后得到缓解。PS-MPs使微藻生长降低约15%，而MetP未表现出抑制作用。废水净化效率较高，氮（N）去除率超过80%，磷（P）去除率为63%–70%。PS的存在提高了小球藻（C. vulgaris）对MetP的去除率，证实了载体效应。

微塑料（MPs）是粒径小于5 mm的塑料颗粒，已成为水生生态系统中普遍存在的污染物，对环境和人类健康构成风险。废水（WW）是MPs进入水生环境的重要途径，而常规废水处理厂（WWTPs）对MPs的去除效率有限。聚苯乙烯（PS）是废水中常见的聚合物类型，其微塑料（PS-MPs）已被证实可诱导水生生物氧化应激、炎症反应以及生长繁殖紊乱。尼泊金甲酯（MetP）作为对羟基苯甲酸酯类抗菌剂，广泛存在于化妆品、药品和食品中，与乳腺癌、生殖问题和免疫系统功能障碍相关，且常规处理难以完全去除。此外，MPs具有疏水性，可作为新兴污染物（ECs）的载体，增加生态与健康风险。传统处理技术的局限促使微藻基系统成为绿色替代方案。本研究在合成废水（SWW）中，首次评估了小球藻（C. vulgaris）在PS-MPs与MetP单独及联合暴露下的生理响应和修复效率。

研究人员选用0.796 mg/L MetP（10倍于废水进水最大值）和100 mg/L PS-MPs（OECD推荐浓度），在SWW中暴露C. vulgaris 168小时，考察微藻生长、代谢活性、活性氧（ROS）积累以及氮（N）、磷（P）的去除效率，同时通过高效液相色谱（HPLC）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分别量化MetP去除与PS结构变化。结果发现，尽管PS-MPs和MetP短期诱发代谢应激和氧化胁迫，微藻在168小时后恢复；PS-MPs使微藻生长降低约15%，而MetP无抑制作用；N去除率超过80%，P去除率为63–70%；PS的存在将MetP去除率从21.34%提高到26.20%，证实了PS-MPs的载体效应。这表明C. vulgaris在复合污染条件下仍保持较高的修复潜力，为微藻基废水深度处理提供了依据。

该研究使用的C. vulgaris UTEX 2714菌株来自德克萨斯大学奥斯汀分校藻类培养物保藏中心。PS-MPs经刀片粉碎筛分至平均粒径0.67±0.45 mm，并用70%乙醇和UV-C灭菌；MetP储备液以甲醇配制。生长动力学通过750 nm光密度监测并转化为细胞浓度；代谢活性以荧光素二乙酸酯（FDA）酯酶活性评估，ROS以2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯（H₂DCFDA）探针定量。N采用220 nm紫外分光光度法测定硝酸盐后换算，P采用抗坏血酸-钼酸盐-硫酸比色法（820 nm）测定。PS降解通过FTIR（4000–400 cm^?1）对比暴露前后光谱；MetP浓度采用HPLC（Shimadzu LC-2040C 3D，C18柱，257 nm检测）测定。所有实验至少重复3次（n≥6），数据经单因素ANOVA和Tukey–Kramer检验（P<0.05）分析。

3.1 污染物对微藻代谢的影响
通过FDA酯酶活性和H₂DCFDA荧光检测发现，72小时时PS-MPs与MetP均显著降低酯酶活性（P<0.05），其中单独MetP抑制最显著；PS-MPs显著增加ROS积累（P<0.05）。但168小时后这些效应均得到缓解，与对照组无显著差异（P>0.05），表明C. vulgaris可通过激活抗氧化防御机制和分泌胞外聚合物（EPS）适应胁迫。MetP在暴露期间未引起ROS显著升高。

3.2 污染物对微藻生长的影响
生长曲线显示，MetP单独或与PS-MPs联合暴露对C. vulgaris生长无显著抑制（P>0.05），但100 mg/L PS-MPs在168小时后使生长抑制约15%（P<0.05），总生物量由对照的766.40±46.46 mg/L降至649.06±45.32 mg/L。比生长速率（μ）在所有条件下无显著差异，表明PS-MPs的抑制主要源于胞内代谢紊乱而非物理损伤。

3.3 废水净化效率
N和P去除实验表明，各暴露条件下N去除率均约为80%，P去除率为63–70%，与对照无显著差异（P>0.05）。虽然N出水中浓度低于10 mg/L，符合欧盟城市废水处理指令限值，但P残留浓度约为5 mg/L，未达到欧盟排放标准。这表明C. vulgaris在污染物胁迫下仍能保持较高的营养盐去除能力。

3.4 MetP和PS的生物降解
HPLC测定显示，C. vulgaris对MetP去除率为21.34±1.12%，显著高于非生物对照（8.16±3.12%）。PS-MPs存在时，MetP去除率提高至26.20±4.44%；吸附实验表明PS-MPs可吸附9.36%的MetP（0.61±0.05 mg/g PS）。FTIR分析未检测到PS-MPs特征吸收带的明显变化，