微塑料對水生生物毒性的研究進(jìn)展

張禎瑤

（臨沂大學(xué)，山東 臨沂 276000）

微塑料的定義是由英國科學(xué)家湯普森提出的，他在《Science》上發(fā)表了一篇名為《Lost at Sea: where is all the plastic?》的文章，這篇文章將粒徑小于5 mm的塑料顆粒定義為微塑料[1]。微塑料的大小約為頭發(fā)直徑的四分之一，因此其在環(huán)境中很難被檢測到。目前對微塑料的研究主要集中在其對土壤、水體和大氣等方面的影響上，但由于微塑料最早是在水體中發(fā)現(xiàn)的，因此科學(xué)家對水體中的微塑料及其對水生生物影響的研究最透徹。

水生生物是指生活在水環(huán)境中的生物，其種類復(fù)雜，生存環(huán)境多樣。水生生物對于人類具有巨大的利用價值，其食用價值是其他物種所不能代替的，水生生物也可以用作藥材和工業(yè)原料。如果水生生物的健康與生存受到了影響，人類的健康和生活也必定會遭受重創(chuàng)。

分布在淡水和海洋中的微塑料會對水生生物造成各種各樣的危害。微塑料可與水生生物接觸或被水生生物攝入。體積較大的微塑料會堵住水生生物的管腔，引起水生生物窒息，嚴(yán)重時會造成水生生物死亡。體積較小的微塑料會進(jìn)入水生生物體內(nèi)，因微塑料不能被水生生物消化吸收，它們會在水生生物體內(nèi)一直堆積，使水生生物的生理機(jī)能出現(xiàn)異常。處于食物鏈底端的生物攝食了微塑料后被更高營養(yǎng)級別的生物吃掉，微塑料就會隨著食物鏈進(jìn)行逐級傳遞，使整條食物鏈?zhǔn)艿接绊憽?/p>

本文通過歸納微塑料對水生生物毒性的相關(guān)研究進(jìn)展，在分析微塑料的來源、分布、對水生生物的毒性這三個方面的基礎(chǔ)上，著重論述了微塑料對水生生物的毒性，并展望了未來需要關(guān)注的研究方向。

1 水體中微塑料的概述

1.1 水體中微塑料的來源

微塑料可以分為初生微塑料和次生微塑料。初生微塑料是工業(yè)產(chǎn)品，是人造的塑料碎片或顆粒。水體中的初生微塑料主要來自于工業(yè)原料和化妝品中微塑料的排放。初生微塑料會隨著水流流入下水道，由于其具有體積極小和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等特征，污水處理系統(tǒng)無法將它過濾掉，最終會隨著污水排入海洋，從而破壞海洋生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定。次生微塑料是大型塑料經(jīng)過物理和化學(xué)作用破裂成的塑料殘渣。小水體中的次生微塑料相對大水體中的次生微塑料更容易暴露在陽光下[2]，淺水區(qū)的次生微塑料相對于深水區(qū)的次生微塑料更容易被物理因素降解[3]，所以，不同水體中的次生微塑料的含量也不盡相同。

1.2 水體中微塑料的分布

微塑料憑借其穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)和極小的體積，廣泛分布在水體中。海洋中存在著大量的微塑料。這些微塑料主要來源于陸地微塑料的輸入和海洋塑料的降解，它們能夠隨著洋流和風(fēng)力移動到各個海域，即使是偏遠(yuǎn)的南極也未能幸免，中國在進(jìn)行南極科考時，在南極海域的每片海冰中都找到了微塑料的碎片。科學(xué)家在我國海域中發(fā)現(xiàn)了大量的微塑料，這些微塑料集中分布在黃海、渤海和南海海域。另外，人口相對密集、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)微塑料的豐度較高。

近年來，研究人員在淡水中也檢測出了微塑料顆粒。下水道和污水廠排放的污水、水環(huán)境中塑料的降解、漁具的磨損都是淡水環(huán)境中微塑料的主要來源[4]。微塑料在水體中的廣泛分布嚴(yán)重影響了水生生物的生存。

2 微塑料對水生生物的毒性

微塑料的廣泛分布會對水生生物的生命造成十分嚴(yán)重的危害。微塑料會堵塞水生生物的管腔，使水生生物窒息；會引起慢性損傷，使水生生物適應(yīng)環(huán)境的能力下降；會使植物中的葉綠素含量下降，擾亂植物的光合作用；還會抑制生物的基因表達(dá)。另外，微塑料中含有許多添加劑，這些物質(zhì)被分解后會進(jìn)入到自然環(huán)境中，污染水環(huán)境。

2.1 微塑料對水生植物的毒性

水生植物是可以進(jìn)行光合作用的生產(chǎn)者，它的生長狀況能決定物質(zhì)傳遞和能量流動的情況。藻類是比較常見的水生植物，其分布廣泛，對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，因此研究人員多以藻類為研究對象進(jìn)行研究。一方面微塑料會影響藻類植物的生長。研究發(fā)現(xiàn)，微塑料有很強(qiáng)的吸附能力，它能與微藻相互作用形成一個整體，使藻類植物下沉到水底，影響藻類植物的生長。另一方面微塑料對藻類植物的光合作用也會產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，植物中光合色素的含量與其光合速率呈正相關(guān)，微型聚氯乙烯會使藻類植物中的葉綠素含量下降，影響藻類的光合作用，從而降低其光合速率。此外，Luo等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，聚氨酯海綿中的添加劑會浸出到水環(huán)境中，而藻類植物的光合效率會隨水體中熒光添加劑濃度的升高而降低[5]。

2.2 微塑料對水生動物的毒性

微塑料會影響浮游動物的生存。浮游動物的食物來源主要是藻類，當(dāng)浮游動物攝入了體內(nèi)含有微塑料的藻類后，其生命活動會受到威脅，并且還會影響處于更高營養(yǎng)級的生物。浮游動物自身也可以攝入微塑料，而微塑料的攝食常會對浮游動物自身造成一系列的危害。例如，將母蚤暴露在PS中，其懷卵的數(shù)目和產(chǎn)仔數(shù)會出現(xiàn)明顯地減少，因此，微塑料可能會對浮游動物的種群產(chǎn)生危害[6]。微塑料還會降低浮游動物的攝食能力，Cheng等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，微塑料會影響小型橈足類生物的攝食，使它的濾食速度下降[7]。這是因為微塑料會在浮游動物的身體里堆積，使其消化能力下降，最終影響浮游動物的攝食能力。Zhang等經(jīng)過實驗觀察到，如果虎斑猛水蚤長時間暴露在有微塑料的環(huán)境中，其子代的生長會受到影響，繁殖率也會降低[8]，由此實驗可以推斷出微塑料會影響浮游動物生長并降低其繁殖率。

微塑料對魚類也具有毒性。不同的微塑料具有不同的密度，有的微塑料會沉積，有的會漂浮在水面，因此，微塑料就很容易被魚類捕食。大量研究發(fā)現(xiàn)，處于相同水層但是食物來源不完全相同的魚類攝入微塑料的量會有所不同，例如溝藍(lán)子魚（雜食性）和長吻若鲹（肉食性）生活的水層相同，但是前者會比后者攝入更多的微塑料；在同一水層中生活的斑鰶（食用浮游動物）會比吉打副葉鲹（肉食性）攝入更多的微塑料。處于不同水層的魚類體內(nèi)所含微塑料的類型也不盡相同。中上層魚類體內(nèi)的聚乙烯含量較高，而沉水魚體內(nèi)的聚對苯二甲酸乙二酯和聚對苯二甲酸丁二酯含量較高。當(dāng)魚類在含有大量微塑料的環(huán)境中生活時，其代謝、運(yùn)動、組織和生長都會受到一系列不利的影響，并且，微塑料在魚體內(nèi)沉積后，會沿著食物鏈進(jìn)行傳遞，危害更多生物的生命。此外，微塑料還會吸附一些重金屬，增加對魚類的傷害。Zhao等研究人員將斑馬魚暴露在微塑料中，斑馬魚體內(nèi)的代謝速度出現(xiàn)了明顯降低，由此可推測微塑料會使魚類代謝發(fā)生紊亂[9]。另外，微塑料還可以通過影響斑馬魚幼魚神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育來抑制其游泳行為[10]。Yang等用微塑料處理金魚幼蟲，發(fā)現(xiàn)微塑料會破壞幼蟲的腸道等組織，他們還發(fā)現(xiàn)微塑料能夠造成魚肌肉損傷、活性下降[11]。NAIDOO等研究人員用在港口提取的微塑料去喂食杜氏雙邊魚幼魚，每隔一段時間對魚的長度和重量進(jìn)行一次記錄，結(jié)果表明，暴露在微塑料中的魚的長度和重量明顯低于在不含微塑料的環(huán)境中生長的魚[12]。這些實驗從不同方面證明了微塑料對魚類的危害。

微塑料由于自身的重力可以沉積到海底被貝類攝入到體內(nèi)，因此也會對貝類產(chǎn)生影響。Jia等通過調(diào)查我國南部沿海的牡蠣，發(fā)現(xiàn)大部分牡蠣體內(nèi)都含有微塑料，這表明微塑料普遍存在于牡蠣體內(nèi)[13]。許多研究都以證明微塑料會對牡蠣造成嚴(yán)重的危害。Sussarellu等研究人員發(fā)現(xiàn)，在微塑料中長時間暴露的牡蠣的卵母細(xì)胞和精子的數(shù)量都有明顯下降，這項研究有力證明了微塑料會影響貝類的繁殖。此外，微塑料還會對貝類的運(yùn)動產(chǎn)生影響。Bringer等科學(xué)家經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，與生活在正常環(huán)境中的太平洋牡蠣相比，生活在微塑料中的牡蠣運(yùn)動速度會降低[14]，這將嚴(yán)重影響牡蠣捕食、防御、進(jìn)攻等生命活動。微塑料對貝類具有毒性、在以貽貝為實驗材料的實驗中也得到過證實。Camille等將貽貝單次或多次放入微塑料中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)貽貝與微塑料接觸較少時，其基因表達(dá)的減少量會遠(yuǎn)低于多次接觸[15]。由此可見長時間與微塑料接觸會對貝類的基因表達(dá)造成無法挽回的損害。研究人員將地中海貽貝暴露在PE中,貽貝消化道的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，并且消化管上皮細(xì)胞會逐漸變薄，由此可以推測出微塑料會影響貝類的消化功能。

2.3 微塑料對水體微生物的影響

微塑料可以吸引微生物，使微生物聚集在其上，為微生物提供一個相對穩(wěn)定的環(huán)境，促進(jìn)微生物的增殖，因此，微塑料可以作為微生物的載體[16]。微生物能聚集在微塑料上形成群落，當(dāng)微生物以群落的形態(tài)出現(xiàn)時，其代謝效率會出現(xiàn)明顯升高。此外，微塑料能隨著水流流動，這也有利于微生物的傳播。

3 展望

目前，微塑料對水生生物和水體的影響受到了越來越多的關(guān)注，研究人員在這方面的研究也已經(jīng)取得了大量的成果。但是，我們現(xiàn)在所做的還不夠，還需要我們更加努力的去探究微塑料的毒性并對其加以控制。

（1）微塑料不僅會危害水生生物的生存，對人類的生存也會造成十分嚴(yán)重的影響。因此，各國政府應(yīng)向其國民宣傳微塑料的危害，并加大對微塑料排放的監(jiān)管力度；鼓勵研究人員開展更多關(guān)于微塑料的研究，通過更多的研究成果去改善本國生態(tài)環(huán)境。

（2）微塑料毒性的研究主要停留在對浮游生物、魚類、甲殼類等單個物種的危害上，很少關(guān)注它對整條食物鏈的危害[17]。未來，研究人員應(yīng)著眼于對整條食物鏈影響的研究，進(jìn)一步提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（3）目前國內(nèi)外的研究多數(shù)集中在微塑料或微塑料與重金屬離子組成的復(fù)合體對水生生物的毒性上，對于微塑料與其他污染物形成的復(fù)合體對水生生物的毒性關(guān)注較少。未來應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對微塑料與其他污染物形成的復(fù)合體的研究，這不僅關(guān)系到水生生物的生存和繁殖，而且對于整個生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定都有重要的意義。