生物基PEF和石油基PET微塑料對(duì)微藻生物效應(yīng)

張 瑛, 張 春 香, 姜 敏, 李 鈺 炫, 趙 昱 昊, 周 光 遠(yuǎn)

( 1.大連理工大學(xué) 環(huán)境學(xué)院 工業(yè)生態(tài)與環(huán)境工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 遼寧 大連 116024;2.中國(guó)科學(xué)院 大連化學(xué)物理研究所 能源材料研究部, 遼寧 大連 116023 )

0 引 言

據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年全球塑料產(chǎn)量高達(dá)3.67×108t[1],預(yù)計(jì)至2030年全球塑料垃圾年排放量可達(dá)5 300×104t[2],至2050年將有約120×108t的塑料垃圾被填埋或者排入自然環(huán)境中,約占人類(lèi)產(chǎn)生垃圾總量的60%～80%[3]．近幾年醫(yī)療防護(hù)用品廢料更加劇了當(dāng)前的塑料污染狀況．目前使用的塑料多為石油基塑料,不僅消耗大量的石油資源,且廢棄后難以處理及降解,因此塑料垃圾在環(huán)境中能夠長(zhǎng)期存在,甚至被視為人類(lèi)時(shí)代的地質(zhì)指標(biāo)．由此可見(jiàn),塑料的生產(chǎn)及廢棄所帶來(lái)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題不容忽視．

塑料在使用及廢棄過(guò)程中,能夠在物理磨損,以及生物、化學(xué)或光降解的作用下破碎成粒徑小于5 mm的微塑料(MPs)．目前,MPs被認(rèn)為是一種新型環(huán)境污染物,在全球范圍內(nèi)的水體、沉積物、土壤和生物體等環(huán)境介質(zhì)中[4-6]均被檢測(cè)出來(lái)．其中,存在于水體中的MPs由于粒徑小及疏水性強(qiáng)等特點(diǎn),容易通過(guò)直接或間接方式對(duì)水生生物產(chǎn)生不利影響,如造成生長(zhǎng)速率降低、攝食及繁殖能力下降、內(nèi)分泌紊亂、出現(xiàn)炎癥及基因損傷等[7]．另外,MPs能夠在食物鏈中不斷積累,通過(guò)飲食甚至呼吸途徑進(jìn)入生物體內(nèi)對(duì)健康造成威脅．因此,開(kāi)展MPs生物效應(yīng)及生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)研究顯得尤為重要．

微藻,作為水生生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者,在食物鏈中的地位至關(guān)重要．研究表明,MPs對(duì)微藻產(chǎn)生的生物效應(yīng)是多方面的,包括影響微藻細(xì)胞的生長(zhǎng),降低光合作用,擾亂抗氧化平衡體系,阻礙生理生化活動(dòng),影響胞內(nèi)胞外物質(zhì)的分泌與積累等[8-10]．同時(shí),有研究指出MPs的生物效應(yīng)與MPs的類(lèi)型及暴露條件等有關(guān)[11],目前相關(guān)的研究多集中于石油基塑料,如聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)等,對(duì)新型生物基塑料的相關(guān)研究還相對(duì)缺乏．

目前,為應(yīng)對(duì)全球塑料污染及石油資源危機(jī),生物基塑料的研發(fā)與應(yīng)用成為新的行業(yè)熱點(diǎn)．生物基塑料是指部分或全部以生物質(zhì)為原料,如秸稈、玉米、甘蔗等,從中提取纖維素、木質(zhì)素、脂類(lèi)等物質(zhì)作為單體合成的塑料,不僅能夠大大降低對(duì)石油等化石能源的需求,同時(shí)可減少生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的污染[12]．聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)作為一種新型的生物基塑料,其研發(fā)旨在替代石油基塑料聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)．生物基PEF與石油基PET化學(xué)結(jié)構(gòu)相似,但PEF具有更優(yōu)異的氣/水阻隔性和熱性能,被認(rèn)為是史上最有可能終結(jié)PET的材料[13]．生物基PEF能夠節(jié)約石油資源,并且在碳中和方面表現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)[14],但關(guān)于其環(huán)境生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)還不甚了解．本文考察生物基PEF MPs在水環(huán)境中的生物效應(yīng),選用蛋白核小球藻作為受試生物,從細(xì)胞生長(zhǎng)、葉綠素濃度、抗氧化平衡體系、胞外聚合物(EPS)分泌及胞內(nèi)生化成分方面考察PEF MPs對(duì)微藻產(chǎn)生的影響及其相互作用,并首次將PEF MPs與被替代物石油基PET MPs進(jìn)行對(duì)比及差異分析,為PEF替代PET的使用提供生態(tài)毒理學(xué)參考依據(jù),為新型生物基塑料在實(shí)際應(yīng)用中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供研究基礎(chǔ)．

1 材料與方法

1.1 MPs的制備及表征

研究對(duì)象生物基PEF和石油基PET均由中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所提供[15]．實(shí)驗(yàn)用的MPs是由大顆粒塑料經(jīng)液氮冷凍后使用高速粉碎機(jī)研磨,清洗干燥后,用200目鋼篩篩分所得．使用掃描電子顯微鏡(SEM,SU8010,日立,日本)、X射線衍射儀(XRD,D8 Advance,布魯克,德國(guó))以及傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR,6700,賽默飛世爾,美國(guó))對(duì)MPs進(jìn)行表征．

1.2 微藻的培養(yǎng)及MPs暴露

本實(shí)驗(yàn)使用的微藻為蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa),屬普生性單細(xì)胞綠藻,富含多種有機(jī)物,繁殖能力強(qiáng)、生長(zhǎng)周期短,是常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)指示生物．MPs對(duì)小球藻的生物效應(yīng)實(shí)驗(yàn)根據(jù)OECD(No. 201)導(dǎo)則開(kāi)展．在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前,首先對(duì)藻種進(jìn)行傳代培養(yǎng)及擴(kuò)大培養(yǎng),取對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的藻液進(jìn)行MPs暴露,濃度分別為200、400、800 mg/L,以不添加MPs的藻液為對(duì)照組,實(shí)驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理組,每組3個(gè)平行樣,暴露時(shí)間為96 h．使用250 mL錐形瓶培養(yǎng)微藻,選用常規(guī)BG-11培養(yǎng)基,在恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng),光照強(qiáng)度為6 000 lx,溫度為(25±1)℃,光暗比為12 h∶12 h．在培養(yǎng)過(guò)程中,每天定時(shí)進(jìn)行3次搖動(dòng)以及位置隨機(jī)變換,以防止藻類(lèi)沉淀并減小MPs分布不均或光照和溫度差異所造成的誤差．實(shí)驗(yàn)所用的玻璃器皿及培養(yǎng)基在使用前均進(jìn)行高溫高壓滅菌,微藻的接種和暴露均在無(wú)菌操作臺(tái)內(nèi)進(jìn)行．

1.3 生物效應(yīng)指標(biāo)測(cè)試方法

微藻的細(xì)胞生長(zhǎng)抑制率,通過(guò)采用紫外分光光度計(jì)(UV-560,Jasco,日本)測(cè)定藻液在680 nm處的吸光度后計(jì)算得到[11]．藻液的葉綠素(a+b)濃度,采用乙醇提取比色法[16]測(cè)定．微藻活性氧(ROS)含量、過(guò)氧化氫酶(CAT)及超氧化物歧化酶(SOD)活性,均采用試劑盒(南京建成生物工程研究所)及相應(yīng)方法進(jìn)行測(cè)定．微藻EPS的提取采用水熱提取法進(jìn)行[17],即取一定量的藻液于離心管中,40 ℃水浴加熱2 h并伴隨磁力攪拌,冷卻至室溫后離心獲得上清液,測(cè)定上清液中EPS的含量,其中胞外蛋白質(zhì)和胞外多糖分別采用考馬斯亮藍(lán)法(試劑盒,南京建成生物工程研究所)和蒽酮比色法[18]測(cè)定,并使用總有機(jī)碳(TOC)分析儀(multi N/C 2100S,耶拿,德國(guó))測(cè)定胞外TOC含量．所有測(cè)定指標(biāo)均取3個(gè)平行樣．

1.4 微藻細(xì)胞與MPs的相互作用

暴露后的藻液經(jīng)離心濃縮后使用2.5%戊二醛溶液進(jìn)行細(xì)胞固定,并使用乙醇溶液進(jìn)行梯度脫水,之后將樣品進(jìn)行冷凍干燥,樣品經(jīng)噴金處理后使用SEM觀察微藻細(xì)胞在MPs表面的附著情況．

收集提取EPS之后的藻液,用400目濾網(wǎng)過(guò)濾以使MPs與微藻細(xì)胞分開(kāi),將離心濃縮后的微藻細(xì)胞冷凍干燥,使用FTIR測(cè)試干燥的微藻細(xì)胞樣品,從而考察MPs對(duì)微藻細(xì)胞內(nèi)生化成分的影響[19]．

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用單因素方差分析和事后多重比較(one-way ANOVA和Duncan)分析不同處理組之間的差異顯著性．同一MPs不同濃度處理組間的差異顯著性,采用不同的字母進(jìn)行標(biāo)注,相同濃度不同MPs處理組間的差異顯著性(p<0.05)采用星號(hào)(*)標(biāo)注．使用Origin 2021和SPSS 26.0作圖和分析數(shù)據(jù)．?dāng)?shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差．

2 結(jié)果與討論

2.1 PEF和PET MPs的表征

對(duì)實(shí)驗(yàn)中使用的PEF和PET MPs的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征,其SEM、XRD及FTIR表征結(jié)果如圖1和圖2所示．

MPs的SEM圖像和粒徑分布如圖1所示,PEF MPs的平均粒徑為(57.47±19.41)μm,PET MPs的平均粒徑為(65.83±19.13)μm,這說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)中使用的兩種MPs顆粒大小相近;兩種MPs呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀,顆粒表面粗糙且?guī)в旭薨櫊?具有許多凹形結(jié)構(gòu),這可能增強(qiáng)了MPs顆粒表面的吸附能力．MPs顆粒表面粗糙度的不同,也是導(dǎo)致其生物效應(yīng)差異的原因之一[20]．

(a) PEF MPs

(b) PET MPs

(a) XRD

(b) FTIR

2.2 PEF和PET MPs對(duì)小球藻的生物效應(yīng)及差異分析

2.2.1 PEF和PET MPs對(duì)微藻細(xì)胞生長(zhǎng)的影響 微藻細(xì)胞生長(zhǎng)率和葉綠素濃度能夠直接反映微藻種群的生長(zhǎng)狀況．為了比較培養(yǎng)基中不同濃度的PEF和PET MPs對(duì)小球藻生長(zhǎng)的影響,對(duì)小球藻的細(xì)胞生長(zhǎng)抑制率Icg及葉綠素濃度ρch進(jìn)行了測(cè)定和比較,結(jié)果如圖3所示．

(a) 細(xì)胞生長(zhǎng)抑制率Icg

(b) 葉綠素濃度ρch

由圖3(a)可知,當(dāng)MPs濃度為200 mg/L時(shí),抑制作用最小,PEF和PET MPs對(duì)小球藻細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制率分別為6.1%和4.6%;當(dāng)MPs濃度為800 mg/L時(shí),抑制作用最大,PEF和PET MPs對(duì)小球藻細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制率分別為17%和14%．因此,PEF和PET MPs均能夠抑制微藻細(xì)胞的生長(zhǎng),并且抑制作用具有劑量依賴性;而相同濃度下,兩種MPs對(duì)微藻細(xì)胞生長(zhǎng)的抑制作用沒(méi)有顯著性差異．其他研究也有類(lèi)似的發(fā)現(xiàn),如PS、PE、PVC MPs均顯著抑制杜氏鹽藻[9]、萊茵衣藻[10]及普通小球藻[22]細(xì)胞密度的增大,這表明很多MPs對(duì)微藻的生長(zhǎng)都具有不利影響;也有研究指出,PE MPs對(duì)扁藻種群生長(zhǎng)沒(méi)有顯著影響[23],而對(duì)月牙藻種群生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用[24]．這說(shuō)明MPs對(duì)微藻種群生長(zhǎng)的影響不僅與MPs類(lèi)型有關(guān),也與微藻種類(lèi)有關(guān)．MPs導(dǎo)致微藻細(xì)胞生長(zhǎng)受到抑制,推測(cè)其原因是MPs的遮光效應(yīng)[9]影響了小球藻類(lèi)的光合作用,從而影響細(xì)胞的生長(zhǎng)．

因此對(duì)小球藻細(xì)胞的葉綠素濃度進(jìn)行了分析,如圖3(b)所示,當(dāng)MPs濃度為200、400和800 mg/L時(shí),PEF和PET MPs使葉綠素濃度分別降低了6.6%～26%和9.8%～25%,說(shuō)明MPs抑制了微藻的光合作用,并且抑制作用隨MPs濃度的增大而增強(qiáng),但兩種MPs之間沒(méi)有顯著性差異．關(guān)于其抑制機(jī)理,有研究者指出石油基MPs(PVC和PP MPs)能夠直接影響或破壞微藻細(xì)胞光合反應(yīng)中心受體的氧化還原過(guò)程,阻礙胞內(nèi)電子的轉(zhuǎn)移與傳遞,從而降低光合作用效率,并進(jìn)一步抑制細(xì)胞生長(zhǎng)[25]．

本研究表明PEF和PET MPs對(duì)微藻細(xì)胞生長(zhǎng)和光合作用都具有抑制作用,但兩者之間沒(méi)有顯著性差異,這表明PEF和PET MPs在結(jié)構(gòu)及類(lèi)型上的差異,并不足以引起兩種MPs對(duì)微藻細(xì)胞生長(zhǎng)的影響產(chǎn)生顯著性差異．Zhu等的研究發(fā)現(xiàn)[26],不同類(lèi)型的MPs,如PE、PVC、PS MPs等,對(duì)中肋骨藻細(xì)胞的生長(zhǎng)抑制作用并未表現(xiàn)出顯著性差異;也有研究發(fā)現(xiàn),PP MPs能夠抑制萊茵衣藻細(xì)胞增殖,而PE MPs對(duì)其沒(méi)有顯著性影響[27]．因此,由于不同研究中使用的MPs類(lèi)型、MPs粒徑、暴露濃度、暴露時(shí)間以及微藻種類(lèi)等條件存在差異,MPs對(duì)微藻細(xì)胞生長(zhǎng)及光合作用的影響結(jié)果也不盡相同．由此可見(jiàn),類(lèi)似本研究這樣的對(duì)比實(shí)驗(yàn),能更好地比較不同MPs的生物效應(yīng)．

2.2.2 PEF和PET MPs對(duì)微藻細(xì)胞抗氧化平衡體系的影響 微藻細(xì)胞內(nèi)存在抗氧化平衡體系使ROS的產(chǎn)生與清除維持動(dòng)態(tài)平衡,ROS的過(guò)量積累會(huì)阻礙葉綠素合成等生理活動(dòng),降低微藻細(xì)胞代謝活性,而細(xì)胞能夠通過(guò)調(diào)節(jié)抗氧化酶(SOD和CAT)的活性來(lái)緩解這種氧化損傷[28]．為了比較培養(yǎng)基中不同濃度的PEF或PET MPs對(duì)小球藻抗氧化平衡體系的影響,測(cè)定了小球藻中SOD、CAT的活性及ROS相對(duì)含量．

如圖4所示,PEF和PET MPs能刺激小球藻SOD、CAT酶活性的提高并誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)ROS積累,這是PEF和PET MPs對(duì)小球藻細(xì)胞產(chǎn)生氧化脅迫作用的結(jié)果．如圖4(a)和(b)所示,當(dāng)MPs濃度為400、800 mg/L時(shí),PEF和PET MPs分別使得SOD酶活性提高了51%～88%和59%～101%,誘導(dǎo)CAT酶活性增加了90%～115%和78%～88%．濃度最高時(shí),兩種MPs對(duì)SOD和CAT酶活性的促進(jìn)作用表現(xiàn)出顯著性差異,同時(shí),兩種MPs對(duì)抗氧化酶活性的誘導(dǎo)均表現(xiàn)出劑量依賴性趨勢(shì)．抗氧化酶活性的提高說(shuō)明細(xì)胞內(nèi)ROS水平的失衡,參照?qǐng)D4(c)中給出的兩種MPs作用下小球藻細(xì)胞內(nèi)ROS的積累情況,可以看出MPs能夠誘導(dǎo)ROS的積累,且誘導(dǎo)作用隨MPs濃度的增大而變大,這與SOD及CAT酶活性變化的規(guī)律一致．同時(shí),在所有濃度條件下PEF和PET MPs對(duì)ROS的影響均沒(méi)有表現(xiàn)出顯著性差異．

(a) SOD酶活性

(b) CAT酶活性

(c) ROS相對(duì)含量

微藻細(xì)胞內(nèi)ROS或MDA含量的增加能夠反映MPs引起的氧化損傷或脂質(zhì)過(guò)氧化的程度(細(xì)胞膜損傷),而抗氧化酶活性的提高表明微藻細(xì)胞在MPs刺激下產(chǎn)生了氧化應(yīng)激．有研究[26]報(bào)道PE、PVC及PS MPs能顯著提高中肋骨藻細(xì)胞MDA含量及SOD酶活性并且MPs濃度越高,其促進(jìn)作用越強(qiáng),這與本研究的結(jié)果一致．另外,在本研究中,當(dāng)MPs濃度最大時(shí),暴露于PEF和PET MPs下微藻細(xì)胞的抗氧化酶活性(SOD和CAT)存在顯著性差異,這表明微藻細(xì)胞對(duì)不同類(lèi)型MPs的氧化應(yīng)激響應(yīng)存在一定的差異性．

2.2.3 PEF和PET MPs對(duì)微藻細(xì)胞EPS分泌的影響 微藻能夠分泌EPS來(lái)提高細(xì)胞表面的疏水性和黏性,從而加速細(xì)胞聚集和定殖,也可以增厚細(xì)胞壁以提高存活能力[29]．胞外蛋白質(zhì)和多糖是EPS的主要成分,胞外TOC可作為EPS總量的代表．為了比較培養(yǎng)基中不同濃度的PEF、PET MPs對(duì)小球藻EPS分泌的影響,測(cè)定了小球藻的胞外多糖、胞外蛋白質(zhì)以及胞外TOC的含量(Cs、Cp和C(TOC))．

如圖5(a)和(b)所示,PEF和PET MPs能夠促進(jìn)胞外多糖及胞外蛋白質(zhì)的分泌,且促進(jìn)作用隨MPs濃度的增大而提高;當(dāng)MPs濃度為400 mg/L時(shí),PEF和PET MPs分別促使胞外多糖含量增加了59%和46%,兩種MPs具有顯著性差異,PEF MPs的促進(jìn)作用大于PET MPs的．當(dāng)MPs濃度為400、800 mg/L時(shí),PEF和PET MPs分別使胞外蛋白質(zhì)含量顯著提高了30%～98%和22%～84%,而兩種MPs沒(méi)有顯著性差異．如圖5(c)所示,MPs濃度為200、400 mg/L時(shí),PEF和PET MPs分別使胞外TOC含量增加了16%～44%和5.5%～37%,并且兩種MPs具有顯著性差異,PEF MPs的促進(jìn)作用大于PET MPs的;當(dāng)MPs濃度繼續(xù)增大時(shí),胞外TOC含量反而降低,這表明MPs對(duì)TOC的促進(jìn)作用不具有明顯的劑量依賴性．整體來(lái)看,PEF MPs對(duì)EPS的促進(jìn)作用大于PET MPs的．上述研究表明PEF和PET MPs的存在刺激了微藻EPS的分泌．有研究發(fā)現(xiàn),MPs使得微藻體內(nèi)參與多糖生物合成的基因過(guò)度表達(dá)從而提高了胞外多糖的含量[27];也有研究發(fā)現(xiàn)暴露于MPs的微藻能夠主動(dòng)調(diào)整EPS的釋放和組成,提高蛋白質(zhì)/碳水化合物比例[30]．富含多糖和蛋白質(zhì)的EPS能夠作為物理阻斷或化學(xué)淬滅有害物質(zhì)的保護(hù)屏障,有助于MPs的聚集和塑料表面生物膜的形成,從而利于細(xì)胞的自我防護(hù)[29]．

(b) 胞外蛋白質(zhì)

上述研究結(jié)果也表明,生物基PEF MPs對(duì)EPS分泌的促進(jìn)作用大于石油基PET MPs．有研究表明,微生物的附著及定殖是塑料生物降解的先決條件,嵌入EPS中的微生物細(xì)胞形成的生物膜比單個(gè)浮游細(xì)胞更能定殖和降解疏水性底物[31]．EPS不僅能夠促進(jìn)微生物在塑料表面的定殖,還含有多種胞外酶,能夠在塑料生物降解過(guò)程中起到催化和水解作用[32]．因此,從另一個(gè)側(cè)面,即EPS對(duì)MPs的降解角度來(lái)看,生物基PEF MPs更容易促進(jìn)EPS的分泌,因此也有可能更容易被水生生物產(chǎn)生的EPS所降解．

2.3 PEF和PET MPs與微藻細(xì)胞的相互作用

為了考察PEF和PET MPs與微藻細(xì)胞之間的相互作用,對(duì)微藻細(xì)胞和MPs進(jìn)行了SEM和FTIR表征,結(jié)果如圖6所示(圖6(b)圖例中數(shù)字代表濃度,F和T分別代表PEF MPs和PET MPs)．

由圖6(a)可見(jiàn),PEF和PET MPs的粒徑遠(yuǎn)大于微藻細(xì)胞的,并且形狀不規(guī)則,粗糙的顆粒表面及褶皺結(jié)構(gòu)為微藻細(xì)胞提供了大量的附著位點(diǎn),因此許多微藻細(xì)胞附著在MPs的表面、褶皺或縫隙處,有的MPs幾乎被微藻細(xì)胞完全包裹起來(lái),形成微藻-MPs異質(zhì)聚集體．微藻細(xì)胞在兩種MPs表面的附著情況沒(méi)有明顯的差異．由于EPS富含多糖和蛋白質(zhì),具有更高的黏性,因此大量的細(xì)胞黏附在PEF和PET MPs顆粒表面;MPs也可以通過(guò)靜電引力、氫鍵結(jié)合、疏水作用等方式與微藻形成異質(zhì)聚集體[33]．這種異質(zhì)聚集體會(huì)造成藻類(lèi)的沉淀,或者通過(guò)吸附營(yíng)養(yǎng)元素造成微藻生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)的限制,從而影響其生長(zhǎng)[27,34-35]．另外,較小的微藻黏附在較大的MPs表面也會(huì)影響藻類(lèi)對(duì)光能的吸收,對(duì)光合效率和傳質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng),最終抑制細(xì)胞生長(zhǎng)．

(a) SEM

(b) FTIR

為考察PEF和PET MPs對(duì)微藻細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)的影響,使用FTIR對(duì)小球藻細(xì)胞進(jìn)行了表征．如圖6(b)所示,各處理組小球藻細(xì)胞的紅外吸收光譜在3 312～3 322 cm-1、2 852～2 926 cm-1、1 399～1 656 cm-1及1 025～1 154 cm-1波數(shù)范圍內(nèi)出現(xiàn)特征峰,這些位置代表的物質(zhì)分別為多糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及多糖[36]．結(jié)果表明,除200 mg/L的PEF MPs處理組以外,PEF和PET MPs的存在使得小球藻細(xì)胞內(nèi)多糖、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)類(lèi)大分子物質(zhì)含量明顯降低,并且MPs濃度越高,大分子物質(zhì)含量越低,這說(shuō)明水環(huán)境中MPs的存在可能阻礙小球藻細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)的合成與積累．

有研究也有類(lèi)似的發(fā)現(xiàn),如PE、PP和PVC MPs的存在可以改變富油柵藻細(xì)胞的生化成分,使小球藻細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及碳水化合物的含量降低[19];PP、PE和PET MPs能夠降低螺旋藻細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)及多糖類(lèi)物質(zhì)生產(chǎn)力甚至導(dǎo)致某些物質(zhì)的消失[37-38]．為應(yīng)對(duì)外界環(huán)境脅迫,微藻細(xì)胞可能會(huì)通過(guò)改變大分子物質(zhì)含量及比例來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞活動(dòng),因此,為進(jìn)一步探索微藻與MPs的相互作用機(jī)制以及相關(guān)的代謝變化,還需要借助更多分子層面的相關(guān)研究．

3 結(jié) 語(yǔ)

本研究以蛋白核小球藻為例,考察了生物基PEF MPs和石油基PET MPs的生物效應(yīng)．水環(huán)境中存在200、400、800 mg/L的PEF和PET MPs均能夠在不同程度上抑制微藻細(xì)胞的生長(zhǎng),破壞其光合作用及抗氧化系統(tǒng)的平衡,并且刺激微藻EPS的分泌．通過(guò)對(duì)微藻和MPs之間相互作用的分析發(fā)現(xiàn),微藻細(xì)胞能夠大量黏附在MPs表面形成微藻-MPs異質(zhì)聚集體,而MPs能夠降低微藻細(xì)胞內(nèi)多糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)類(lèi)大分子物質(zhì)的含量．PEF和PET MPs對(duì)小球藻的生物效應(yīng)表現(xiàn)出一定的差異性,尤其是在EPS的產(chǎn)生方面,PEF MPs的促進(jìn)作用大于PET MPs的,這間接表明生物基PEF MPs可能具備更好的生物降解性能．本研究為不同來(lái)源(生物基或石油基)MPs的生物效應(yīng)研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為生物基MPs的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了研究基礎(chǔ)．