微塑料对水生生物毒性的研究进展
时间：2023-02-16 14:35:11 来源：千叶帆 本文已影响人
张祯瑶
（临沂大学，山东 临沂 276000）
微塑料的定义是由英国科学家汤普森提出的，他在《Science》上发表了一篇名为《Lost at Sea: where is all the plastic?》的文章，这篇文章将粒径小于5 mm的塑料颗粒定义为微塑料[1]。微塑料的大小约为头发直径的四分之一，因此其在环境中很难被检测到。目前对微塑料的研究主要集中在其对土壤、水体和大气等方面的影响上，但由于微塑料最早是在水体中发现的，因此科学家对水体中的微塑料及其对水生生物影响的研究最透彻。
水生生物是指生活在水环境中的生物，其种类复杂，生存环境多样。水生生物对于人类具有巨大的利用价值，其食用价值是其他物种所不能代替的，水生生物也可以用作药材和工业原料。如果水生生物的健康与生存受到了影响，人类的健康和生活也必定会遭受重创。
分布在淡水和海洋中的微塑料会对水生生物造成各种各样的危害。微塑料可与水生生物接触或被水生生物摄入。体积较大的微塑料会堵住水生生物的管腔，引起水生生物窒息，严重时会造成水生生物死亡。体积较小的微塑料会进入水生生物体内，因微塑料不能被水生生物消化吸收，它们会在水生生物体内一直堆积，使水生生物的生理机能出现异常。处于食物链底端的生物摄食了微塑料后被更高营养级别的生物吃掉，微塑料就会随着食物链进行逐级传递，使整条食物链受到影响。
本文通过归纳微塑料对水生生物毒性的相关研究进展，在分析微塑料的来源、分布、对水生生物的毒性这三个方面的基础上，着重论述了微塑料对水生生物的毒性，并展望了未来需要关注的研究方向。
1.1 水体中微塑料的来源
微塑料可以分为初生微塑料和次生微塑料。初生微塑料是工业产品，是人造的塑料碎片或颗粒。水体中的初生微塑料主要来自于工业原料和化妆品中微塑料的排放。初生微塑料会随着水流流入下水道，由于其具有体积极小和结构稳定等特征，污水处理系统无法将它过滤掉，最终会随着污水排入海洋，从而破坏海洋生态系统的稳定。次生微塑料是大型塑料经过物理和化学作用破裂成的塑料残渣。小水体中的次生微塑料相对大水体中的次生微塑料更容易暴露在阳光下[2]，浅水区的次生微塑料相对于深水区的次生微塑料更容易被物理因素降解[3]，所以，不同水体中的次生微塑料的含量也不尽相同。
1.2 水体中微塑料的分布
微塑料凭借其稳定的结构和极小的体积，广泛分布在水体中。海洋中存在着大量的微塑料。这些微塑料主要来源于陆地微塑料的输入和海洋塑料的降解，它们能够随着洋流和风力移动到各个海域，即使是偏远的南极也未能幸免，中国在进行南极科考时，在南极海域的每片海冰中都找到了微塑料的碎片。科学家在我国海域中发现了大量的微塑料，这些微塑料集中分布在黄海、渤海和南海海域。另外，人口相对密集、经济较发达的沿海地区微塑料的丰度较高。
近年来，研究人员在淡水中也检测出了微塑料颗粒。下水道和污水厂排放的污水、水环境中塑料的降解、渔具的磨损都是淡水环境中微塑料的主要来源[4]。微塑料在水体中的广泛分布严重影响了水生生物的生存。
微塑料的广泛分布会对水生生物的生命造成十分严重的危害。微塑料会堵塞水生生物的管腔，使水生生物窒息；
会引起慢性损伤，使水生生物适应环境的能力下降；
会使植物中的叶绿素含量下降，扰乱植物的光合作用；
还会抑制生物的基因表达。另外，微塑料中含有许多添加剂，这些物质被分解后会进入到自然环境中，污染水环境。
2.1 微塑料对水生植物的毒性
水生植物是可以进行光合作用的生产者，它的生长状况能决定物质传递和能量流动的情况。藻类是比较常见的水生植物，其分布广泛，对环境的适应性强，因此研究人员多以藻类为研究对象进行研究。一方面微塑料会影响藻类植物的生长。研究发现，微塑料有很强的吸附能力，它能与微藻相互作用形成一个整体，使藻类植物下沉到水底，影响藻类植物的生长。另一方面微塑料对藻类植物的光合作用也会产生严重的影响，植物中光合色素的含量与其光合速率呈正相关，微型聚氯乙烯会使藻类植物中的叶绿素含量下降，影响藻类的光合作用，从而降低其光合速率。此外，Luo等经研究发现，聚氨酯海绵中的添加剂会浸出到水环境中，而藻类植物的光合效率会随水体中荧光添加剂浓度的升高而降低[5]。
2.2 微塑料对水生动物的毒性
微塑料会影响浮游动物的生存。浮游动物的食物来源主要是藻类，当浮游动物摄入了体内含有微塑料的藻类后，其生命活动会受到威胁，并且还会影响处于更高营养级的生物。浮游动物自身也可以摄入微塑料，而微塑料的摄食常会对浮游动物自身造成一系列的危害。例如，将母蚤暴露在PS中，其怀卵的数目和产仔数会出现明显地减少，因此，微塑料可能会对浮游动物的种群产生危害[6]。微塑料还会降低浮游动物的摄食能力，Cheng等经研究发现，微塑料会影响小型桡足类生物的摄食，使它的滤食速度下降[7]。这是因为微塑料会在浮游动物的身体里堆积，使其消化能力下降，最终影响浮游动物的摄食能力。Zhang等经过实验观察到，如果虎斑猛水蚤长时间暴露在有微塑料的环境中，其子代的生长会受到影响，繁殖率也会降低[8]，由此实验可以推断出微塑料会影响浮游动物生长并降低其繁殖率。
微塑料对鱼类也具有毒性。不同的微塑料具有不同的密度，有的微塑料会沉积，有的会漂浮在水面，因此，微塑料就很容易被鱼类捕食。大量研究发现，处于相同水层但是食物来源不完全相同的鱼类摄入微塑料的量会有所不同，例如沟蓝子鱼（杂食性）和长吻若鲹（肉食性）生活的水层相同，但是前者会比后者摄入更多的微塑料；
在同一水层中生活的斑鰶（食用浮游动物）会比吉打副叶鲹（肉食性）摄入更多的微塑料。处于不同水层的鱼类体内所含微塑料的类型也不尽相同。中上层鱼类体内的聚乙烯含量较高，而沉水鱼体内的聚对苯二甲酸乙二酯和聚对苯二甲酸丁二酯含量较高。当鱼类在含有大量微塑料的环境中生活时，其代谢、运动、组织和生长都会受到一系列不利的影响，并且，微塑料在鱼体内沉积后，会沿着食物链进行传递，危害更多生物的生命。此外，微塑料还会吸附一些重金属，增加对鱼类的伤害。Zhao等研究人员将斑马鱼暴露在微塑料中，斑马鱼体内的代谢速度出现了明显降低，由此可推测微塑料会使鱼类代谢发生紊乱[9]。另外，微塑料还可以通过影响斑马鱼幼鱼神经系统的发育来抑制其游泳行为[10]。Yang等用微塑料处理金鱼幼虫，发现微塑料会破坏幼虫的肠道等组织，他们还发现微塑料能够造成鱼肌肉损伤、活性下降[11]。NAIDOO等研究人员用在港口提取的微塑料去喂食杜氏双边鱼幼鱼，每隔一段时间对鱼的长度和重量进行一次记录，结果表明，暴露在微塑料中的鱼的长度和重量明显低于在不含微塑料的环境中生长的鱼[12]。这些实验从不同方面证明了微塑料对鱼类的危害。
微塑料由于自身的重力可以沉积到海底被贝类摄入到体内，因此也会对贝类产生影响。Jia等通过调查我国南部沿海的牡蛎，发现大部分牡蛎体内都含有微塑料，这表明微塑料普遍存在于牡蛎体内[13]。许多研究都以证明微塑料会对牡蛎造成严重的危害。Sussarellu等研究人员发现，在微塑料中长时间暴露的牡蛎的卵母细胞和精子的数量都有明显下降，这项研究有力证明了微塑料会影响贝类的繁殖。此外，微塑料还会对贝类的运动产生影响。Bringer等科学家经实验发现，与生活在正常环境中的太平洋牡蛎相比，生活在微塑料中的牡蛎运动速度会降低[14]，这将严重影响牡蛎捕食、防御、进攻等生命活动。微塑料对贝类具有毒性、在以贻贝为实验材料的实验中也得到过证实。Camille等将贻贝单次或多次放入微塑料中发现，当贻贝与微塑料接触较少时，其基因表达的减少量会远低于多次接触[15]。由此可见长时间与微塑料接触会对贝类的基因表达造成无法挽回的损害。研究人员将地中海贻贝暴露在PE中,贻贝消化道的结构会发生变化，并且消化管上皮细胞会逐渐变薄，由此可以推测出微塑料会影响贝类的消化功能。
2.3 微塑料对水体微生物的影响
微塑料可以吸引微生物，使微生物聚集在其上，为微生物提供一个相对稳定的环境，促进微生物的增殖，因此，微塑料可以作为微生物的载体[16]。微生物能聚集在微塑料上形成群落，当微生物以群落的形态出现时，其代谢效率会出现明显升高。此外，微塑料能随着水流流动，这也有利于微生物的传播。
目前，微塑料对水生生物和水体的影响受到了越来越多的关注，研究人员在这方面的研究也已经取得了大量的成果。但是，我们现在所做的还不够，还需要我们更加努力的去探究微塑料的毒性并对其加以控制。
（1）微塑料不仅会危害水生生物的生存，对人类的生存也会造成十分严重的影响。因此，各国政府应向其国民宣传微塑料的危害，并加大对微塑料排放的监管力度；
鼓励研究人员开展更多关于微塑料的研究，通过更多的研究成果去改善本国生态环境。
（2）微塑料毒性的研究主要停留在对浮游生物、鱼类、甲壳类等单个物种的危害上，很少关注它对整条食物链的危害[17]。未来，研究人员应着眼于对整条食物链影响的研究，进一步提高生态系统的稳定性。
（3）目前国内外的研究多数集中在微塑料或微塑料与重金属离子组成的复合体对水生生物的毒性上，对于微塑料与其他污染物形成的复合体对水生生物的毒性关注较少。未来应进一步加强对微塑料与其他污染物形成的复合体的研究，这不仅关系到水生生物的生存和繁殖，而且对于整个生态系统的稳定都有重要的意义。
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