安徽大学学报·自然科学版杂志投稿格式参考范文：微塑料对典型模式生物的毒性效应研究进展

　　一、引言

　　自 1950 年以来，塑料因轻便、耐用、成本低等优点被广泛应用，全球塑料产量逐年呈指数增长，预计到特定年份总产量将达约6×108t。塑料废弃物处置不当引发环境污染，超 90% 的塑料废弃物随意暴露，造成水体和土壤污染。大量塑料垃圾进入海洋，全球 79% 的塑料垃圾堆放于自然环境中，在外界因素作用下逐渐分解成微塑料(microplastics，简称 MPs)，引发更严重的环境问题。环境中的微塑料分为初级微塑料和次级微塑料，初级微塑料直接来源于含有微塑料的生产生活用品，次级微塑料是大型塑料经降解形成的细小碎片。微塑料质轻、体积小、稳定性好，广泛分布于多种环境介质，可通过动植物摄入或携带在食物链中传递，释放有毒有害物质，加剧对生物体的潜在毒性和综合毒性效应，因此研究微塑料对生物体的毒性效应与机制意义重大。

　　二、微塑料对生物体毒性效应的影响因素

　　环境中的微塑料可经呼吸系统、消化系统、皮肤暴露等多种途径进入生物体，在其生长发育过程中累积产生毒性效应。微塑料的毒性作用机制复杂，受自身理化性质和外界环境条件影响。

　　微塑料性质的影响

　　粒径：一般认为粒径小于 5mm 的是微塑料，小于 100nm 的是纳米塑料。通常粒径越小越易进入细胞累积并发挥毒性作用，如亚微米级聚苯乙烯(PS)比微米级 PS 更易从生菜根部输送到地上部分，0.05μm 的 PS 微珠对臂尾轮虫毒性更强。但也有研究表明，PS 微塑料(1μm)比 PS 纳米塑料(100nm)更易聚集在铜绿微囊藻细胞表面，抑制光合作用，增加活性氧生成和胞内藻毒素含量，说明较小粒径微塑料不一定毒性更大，且不同粒径微塑料对不同靶器官的毒性损伤机制不同。

　　表面电荷：纳米塑料比表面积大、表面活性高，易吸附离子，表面带有不同电荷。生物体对带不同电荷纳米塑料的摄取、吸收和转运方式不同，毒性效应也不同。带正电荷的 PS -

　　NH2颗粒主要分布在拟南芥根部表面和根毛，易刺激根部产生分泌物，限制其被吸收内化，诱导更高水平活性氧，毒性更强;带负电荷的 PS -SO3H颗粒易于被拟南芥内化但毒性效应较小。带正电的纳米塑料对海洋嗜碱盐单胞菌氧化应激的抑制作用更强。

　　类型：不同类型微塑料含有不同官能团，对其他污染物的吸附性能与机制不同，生物毒性效应也有区别。PS 结构中的苯环能通过π−π键共轭吸附含双键或苯环的污染物分子，聚酰胺树脂对水体中抗生素有更强吸附能力。低结晶聚合物聚丙烯和聚乙烯比高结晶度 PS 更易产生复合毒性效应。塑料制品中的添加剂会随塑料分解被生物体摄入，影响其生长发育、繁殖等。

　　微塑料与其他污染物的复合效应：微塑料易吸附环境中的其他污染物形成复合污染物影响生物。将海蚯蚓暴露于吸附了污染物和添加剂的聚氯乙烯(PVC)微塑料环境中，污染物和添加剂会随 PVC 微塑料进入海蚯蚓消化系统，影响其健康，导致死亡率上升。老化微塑料对其他污染物的吸附性能改变，会影响对生物体的复合效应，如自然光解的 PVC 表面亲水性增加，对镉的吸附量增大，与低浓度镉联合作用可显著抑制小麦根系生长。

　　外界环境条件的影响：微塑料进入环境后会经历降解、老化过程，其粒径、比表面积、官能团以及结晶度等理化性质和机械性能会发生改变。光化学降解使微塑料表面含氧官能团增加，热氧化会导致结晶度增加。老化微塑料对生物的毒性作用可能改变，如经低有机负荷污水处理的老化微塑料减轻了对浮萍的毒性作用。微塑料降解过程中会与环境中其他污染物相互吸附，产生复合效应，吸附了芘的 PE、PS 微塑料进入贻贝体内时，芘在相关组织的累积量显著增加。

　　三、微塑料对典型模式生物的毒性效应与机制

　　微塑料对水体中模式生物的毒性效应

　　大型溞：大型溞是淡水浮游生物，在淡水生态系统中起重要作用，是环境科学研究的重要模式生物。微塑料在大型溞体内的分布与粒径有关，适宜粒径的微塑料大量分布于肠道，较大粒径的主要黏附于胸肢滤器且排出较快。微塑料浓度影响其在大型溞体内的积累量，高浓度微塑料会限制其活动、影响摄食，累积的微塑料会导致摄食器官和消化道堵塞，抑制摄食率。大型溞短期暴露于不同粒径 PS 微塑料环境中会产生急性毒性作用，粒径越小毒性越大。

　　双壳贝类动物：双壳贝类动物在水体中分布广泛，对研究微塑料的吸收、内化等机制及对其生理、免疫等方面的影响具有重要意义。双壳贝类以滤食模式为主，可摄入微塑料，体内大量累积会产生毒性作用，影响正常生长代谢。不同理化性质的微 / 纳米塑料对双壳贝类动物均有毒性作用，紫贻贝等更易摄入粒径较小的微塑料，且累积的微塑料多为纤维状，会产生不利影响。暴露于某些微塑料环境的紫贻贝附着强度下降，足丝断裂。不同发育阶段和固着状态的双壳贝类动物对微塑料的摄入敏感度不同。

　　斑马鱼：斑马鱼是毒理学研究的经典水生模式生物，与人类有 87% 同源基因，其研究成果可应用于人体。PE 微塑料在斑马鱼体内的累积受粒径、暴露方式和时间影响，单独暴露时，斑马鱼对接近鱼食粒径的微塑料摄食率高;混合暴露时摄入量增加且清除加快。微塑料在斑马鱼肠道中的累积具有粒径 - 效应和时间 - 效应关系。不同粒径低浓度 PS 微塑料对斑马鱼胚胎发育影响不同，高浓度小粒径 PS 微塑料会影响胚胎发育，且对幼鱼有致死作用，0.5μmPS 对幼鱼毒性更强。

　　微藻：微藻是水生生态系统的初级生产者，是检验水体环境污染的重要指标。目前对微塑料对微藻的毒性作用研究主要集中在不同性质和种类的微塑料以及微塑料 - 有毒污染物联合作用等方面。聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)纳米塑料对海洋微藻有抑制作用，但危害小于 PS 纳米塑料。带正电荷的 PS 纳米塑料对微藻的抑制作用更强。不同微塑料与三氯生联合作用对中肋骨条藻的毒性作用不同，PVC800 - 三氯生的联合毒性作用最显著。

　　微塑料对土壤中模式生物的毒性效应

　　秀丽隐杆线虫：秀丽隐杆线虫具有生长周期短、繁殖能力强等优势，广泛应用于生态毒理学研究。多项研究表明微塑料可引起秀丽隐杆线虫氧化应激反应和慢性神经毒性作用，影响其运动、摄食行为、寿命和繁殖能力。PS 微塑料(1μm 左右)可被其摄取并积累于肠道中，引起氧化应激反应和肠道受损;PS 纳米塑料(30nm)会导致线虫生殖细胞凋亡、产卵量减少等。

　　蚯蚓：蚯蚓是土壤中生物量最大的无脊椎动物，是土壤污染生态风险评价的重要指示生物。土壤中高浓度低密度聚乙烯(LDPE)微塑料会导致蚯蚓体表损伤、氧化应激和神经毒性反应，且在其粪便中检测到较小粒径的 LDPE。PS 微 / 纳米塑料会在蚯蚓肠道中累积，引起肠道细胞受损、DNA 损伤等，PS 微塑料对蚯蚓的毒性作用高于 PS 纳米塑料。莠去津与 LDPE 微塑料同时暴露比单独暴露的毒性作用更强。

　　弹尾虫：弹尾虫是潮湿土壤中广泛生存的无脊椎节肢动物，白符跳是常用于评估生态毒性的模式生物。摄入 PVC 微塑料能显著提高白符跳肠道细菌多样性，改变肠道微生物群落结构，抑制其生长和繁殖。微塑料(<500μm)会改变白符跳肠道微生物群落结构，减少细菌多样性，抑制其繁殖力。弹尾虫对 PE 微塑料表现出回避行为，PS、PE 微塑料会降低弹尾虫的运动速度和运动距离。

　　微塑料对模式生物的毒性机制

　　消化系统损伤：微塑料经口腔进入生物体消化系统，在体内积累并引起毒性作用，常影响消化系统。PS 能在孔雀鱼肠道内存在，诱导杯状细胞增大，降低消化酶活性，改变菌群组成，导致菌群失调，影响消化功能。

　　生殖系统损伤：微塑料可浸入生殖系统，影响卵巢功能、精子质量，损害生物生殖健康。PS 暴露于雄性小鼠睾丸中，会减少附睾精子和生精细胞数量，增加精子畸形率，改变血清激素水平;PS 暴露于雌性小鼠会导致卵巢变小、卵泡数量减少、妊娠率降低等，且雌性小鼠似乎比雄性小鼠更易受微塑料影响。

　　神经系统损伤：微塑料进入神经系统可改变胆碱能神经递质的活性，产生神经毒性作用，引起生物脑组织损伤。不同粒径 PS 暴露对水生动物脑内乙酰胆碱酯酶水平有不同影响，但关于微塑料在动物体内诱导的神经毒性作用仍存在争议。

　　免疫系统损伤：微塑料对生物免疫系统有毒性作用，使生物免疫力下降，抑制个体生长。微塑料能从肠道转移到淋巴系统，引起免疫毒性。不同浓度 PE 暴露可破坏成年斑马鱼肠道微生物菌群，激活肠道免疫系统，打破肠道菌群与宿主免疫系统之间的平衡关系，增加感染概率。

　　四、研究展望

　　作为新兴污染物，微塑料对生态系统的影响已受到广泛关注，但研究仍处于初期阶段。目前研究多集中在传统微塑料的环境行为等方面，由于微塑料的特点，仍有许多问题亟待解决：

　　探究更多类型微塑料 / 环境污染物对环境中常见生物生长发育的影响，并从分子水平到生态系统水平全面评价其作用机制。

　　在符合动物实验伦理的前提下，探索微塑料、微塑料 / 其他污染物对高等生物的急性 / 慢性毒性机制与复合效应。

　　探究可降解微塑料及其降解产物对生物体的代谢过程与毒性作用，揭示其在环境生态系统中的迁移转化规律。

张 婵;刘彦东;白 雪;席珍华;晋凡斐,太原科技大学;环境与资源学院,202501