硫丹的环境行为及水生态毒理效应研究进展
铁碳微电解耦合人工湿地系统处理硫丹废水
铁碳微电解耦合人工湿地系统处理硫丹废水人工湿地作为一种生态处理技术已在环境污染治理中得到应用，其通过基质、植物、微生物等的共同作用进行污水处理和生态修复。
人工湿地水质净化系统具有运行费用低、管理简单、易于维护等优点，对于水质的进一步改善具有明显效果，具有较好的环境效益、经济效益和社会效益硫丹是一种化学性质稳立的农药，具有半挥发性特征，是大气、水体、土壤等多介质环境中普遍存在的有机氯农药。
工业硫丹主要由硫丹和0-硫丹2种同分异构体组成，其质量比为2：1或7： 3。
有研究表明，由于有机氯污染物的持久性特征，当硫丹等污染物持续输入时，人工湿地对其去除率不稳泄，岀水中有机氯污染物的浓度经常高于阈值。
此外，随着污水水质的日趋复杂，传统人工湿地的去污能力已无法满足要求，通过不同填料、植物等构建的复合湿地系统已越发得到人们的重视。
相比于普通人工湿地，铁碳微电解处理法适用范朗更为广泛。
铁碳电极除产生电极反应外，还会引起连锁反应，包括Fe和［H］的还原作用、铁离子的絮凝沉淀作用、原电池反应、电化学富集等，强化了污水处理效果。
废水经微电解处理后，污染物浓度至少能降低50% 左右，甚至更髙，且废水的可生化性得到显著提高。
铁碳微电解法是当前难降解及有毒工业废水最常用的处理方法之一，被广泛应用于各种髙含量难降解废水的预处理。
本研究选取美人蕉作为湿地植物，构建了2个复合垂直潜流人工湿地系统(A和B), K 中系统A模拟传统人工湿地系统，系统B模拟铁碳微电解耦合人工湿地系统。
按照低、中、髙浓度的顺序分阶段在进水中投加硫丹，通过连续测左系统A和系统B进出水中的硫丹、氨氮、磷酸盐和COD浓度，对比考察2个系统对硫丹废水的处理效果差异。
一、实验部分1.1实验装置人工湿地系统装置为圆柱形，材质为聚氯乙烯(d=20cm, H=69cm),距离柱底4.5cm和69cm 处分别设置一根长18cm的布水管，并设置进水阀和出水阀，便于监测进出水口的硫丹浓度。
分子生态毒理学研究进展及其在水环境保护中的意义
分子生态毒理学研究进展及其在水环境保护
中的意义
分子生态毒理学是一门学科，研究生物体在环境中接触的毒物的毒害效应及其机制。
近几十年来，以分子生态毒理学为基础的研究发展迅速，为水环境保护提供了有力的技术支持。
原子级生物分子如DNA、RNA、蛋白质、糖等是生物体体内细胞构建和具有重要功能的主要组成部分，在分子生态毒理学中，通过细胞分子有效储存，充分研究和分析毒物在微小程度上如何潜在危害生物健康，发现异常分子变化，有效识别化学物质中的有毒成分，帮助识别和鉴定此毒物的方法和性质，从而有效防止污染物对生物体的致病作用。
分子辨识技术通过细胞水平的分子结构，例如DNA甲基化水平、蛋白质结构及相应酶在病理变化中，能够快速识别污染物，分析毒物在生物体内的影响，从而更好地把握环境保护相关概念。
分子生态毒理学研究发现的毒物的活性反应，为环境保护研究及污染整治提供了实质性支持，有助于分析水环境中特定毒物的有毒效应及其机制。
随着学者们不断深入研究和完善现有的技术，分子生态毒理学对，水环境保护进一步实现了科学可靠的综合性检测和量化，为消除污染源、优化环境中毒物的分布及有效治理提供了可靠的技术保障，实现了跨学科整体研究和预测水环境状况的明显目标，实现了人类与自然资源的高效利用和发展。
总之，分子生态毒理学具有广泛的研究和广泛的应用可能性，有助于科学家对水环境的污染状况的深入了解和体会。
分子生态毒理学的突出价值在于发掘水环境中各种物质的有效机制，为环境保护提供了可靠的技术支持和保障。
硫丹的毒性及相关机制研究进展
硫丹的毒性及相关机制研究进展作者：魏嘉柳周显青来源：《河南农业·科技版》2019年第09期摘要：硫丹作为农业杀虫剂被广泛应用，能进入大气、水和土壤等自然环境中，造成环境污染，并能在生物体内蓄积，这对生态环境和人体健康具有损伤作用。
基于此，本文主要介绍硫丹的理化性质、危害，并从神经毒性、生殖发育毒性、内分泌毒性等方面针对硫丹对动物和人体可能产生的毒性效应和相关作用机制等进行总结，旨在为寻找其替代物、污染场地的修复提供理论依据。
关键词：硫丹;生物富集;毒性效应硫丹是一种广谱有机氯杀虫剂，被用于棉花、小麦、茶树和果树等农作物的杀虫除螨。
在农业生产中，其常以喷雾形式附着于植物体表面，部分可通过挥发和土壤颗粒的风蚀作用进入大气并产生长距离迁移，另一部分则会通过雨水冲刷等作用转运至水和土壤中，因此广泛存在于自然环境中。
过去几十年来，我国是仅次于印度的世界硫丹第二大生产国，年产量约为3 000 t。
一、硫丹的理化性质硫丹是一种人工合成的有机氯化合物，化学名为1，2，3，4，7，7-六氯双环2.2.1庚-2-烯-5，6-双羟甲基亚硫酸酯，又名安杀丹、硕丹、赛丹和雅丹，摩尔质量为406.99 g/mol。
硫丹的密度为1.8 g/cm3（20 ℃），蒸气压为1.33×10-3 Pa（25 ℃），属于半挥发性有机物[1]。
硫丹纯品在常温下为白色晶体，无味，难溶于水，但易溶于二甲苯、氯仿和丙酮等有机溶剂。
农业上使用的硫丹一般由α和β 2种异构体组成（α∶β=7∶3），纯度大于96%。
硫丹可发生氧化反应，硫丹硫酸盐和硫丹二醇是硫丹的主要代谢产物，在光照条件下易发生降解反应。
二、硫丹对生态环境的危害硫丹在自然环境中处于不断运动的状态。
在硫丹制造和配方过程中，其可以被排放到空气、废水或地表水中[2]。
大气中的硫丹经过降雨过程，又会再次进入水和土壤中，不断循环。
尽管研究发现α硫丹的排放量并非一直稳定，但过去很长一段时间内，其排放量总体呈上升趋势。
湖泊中硫的地球化学循环效应研究
湖泊中硫的地球化学循环效应研究湖泊是地球表面上重要的水域生态系统之一，而硫是湖泊生态系统中的关键元素之一。
硫在湖泊中的地球化学循环对湖泊的生态系统功能具有重要的影响，包括水质、生物多样性、营养循环等方面。
本文将探讨湖泊中硫的地球化学循环效应，并对其进行研究。
一、湖泊中硫的来源湖泊中的硫来源主要包括气体相和颗粒相两种形式。
气体相硫主要来自大气中的二氧化硫（SO2）和硫化氢（H2S）。
在湖泊中的昼夜变化、季节性和气温等因素的影响下，大气中的硫气体通过湖泊表面的溶解和沉积作用，进入湖泊水体。
颗粒相硫则主要来自降水、土壤侵蚀和湖泊周围地区的岩石风化等过程。
这些颗粒物悬浮在湖泊水体中，并逐渐降积沉积于湖泊底部。
二、湖泊中硫的地球化学循环过程湖泊中硫的地球化学循环过程主要涉及硫的沉积、转化和释放。
大气中的硫气体在湖泊表面被溶解和沉积，成为湖泊水体中的溶解态硫。
颗粒相硫颗粒物也会沉积于湖泊底部，成为湖泊底泥中的有机硫和无机硫。
在湖泊水体中，硫元素会发生氧化还原反应，从硫化氢（H2S）向硫化物（S2-）和元素硫（S）的转化。
湖泊水体中的有机硫也会被微生物降解，释放出硫化氢。
湖泊水面上的生物活动也会影响湖泊中硫的地球化学循环，如湖泊中的硫细菌和藻类等微生物通过硫代谢作用，也会影响湖泊中硫的循环。
三、湖泊中硫的地球化学循环效应湖泊中硫的地球化学循环对湖泊的生态系统功能具有重要的影响。
湖泊中硫的地球化学循环过程影响了湖泊的水质。
湖泊水体中的硫元素参与了湖泊水体的氧化还原过程，影响了湖泊的氧化还原状态，从而影响了水体中氧气和有机物质的分布和转化。
湖泊中的硫元素也是湖泊中微生物如细菌、藻类等的生长和代谢的重要元素，影响了湖泊的生物多样性和生态系统的结构和功能。
湖泊中的硫元素还参与了湖泊中的氮、磷等养分的循环，影响了湖泊的富营养化和水华的形成，对湖泊的生态系统健康产生重要影响。
四、湖泊中硫的地球化学循环效应研究进展随着湖泊生态系统理论和研究方法的不断发展，湖泊中硫的地球化学循环效应的研究也取得了一些进展。
海洋环境中有害化学物质的生态毒理学研究
海洋环境中有害化学物质的生态毒理学研究海洋是地球上最重要的自然资源之一，占据着面积的71%。
然而，自20世纪以来，海洋面临着严重的污染问题，包括有害化学物质的存在。
有害化学物质是一类能够破坏海洋生态系统的化学物质，它们可通过人类的活动进入海洋中，如农业、工业、航运等。
对于海洋中的有害化学物质，其生态毒理学研究备受关注。
生态毒理学是研究物质对生态系统和生物的影响的学科，它将有助于我们更好地了解化学物质对海洋生态系统的影响。
首先，有害化学物质对海洋生态系统的影响是大规模的。
其中一个例子就是有机氯农药，如DDT。
这种化合物是一种广谱杀虫剂，对一些海洋生物如鱼、海鸟，以及其他生物如哺乳动物等都会产生影响。
此外，石油的泄漏和工业废水的排放也对海洋生态系统产生了负面影响。
这些化学物质会严重破坏海洋生态系统的稳定性和完整性，进而影响人类的健康和福祉。
其次，有害化学物质对海洋生物也是有害的。
许多化学物质会通过食物链进入海洋生物体内，对它们的生长、繁殖、免疫系统、神经系统和行为产生影响。
而这些生物又是海洋食物链中的重要组成部分，因此它们的受到影响也会影响整个食物链。
例如，海洋中的鲸鱼、海豚和海龟等已经沦为有害化学物质的受害者。
另外，有害化学物质对人类的健康也产生了影响。
鱼类是海洋中最受人类欢迎的食品之一，但是含有有害化学物质的鱼类会引起人类健康问题。
例如，汞是一种在海洋中存在的有害化学物质，长期暴露于此会对人类神经系统和生殖系统产生影响。
为了了解有害化学物质的影响，生态毒理学家开展了大量的研究，包括实验室和野外研究。
研究人员通常会选择一些指示生物来探究有害化学物质对生态系统的影响。
例如，水生昆虫是常用的指示生物之一。
这些昆虫生活在淡水中，它们的整个生命周期都与水环境密切相关，因此很容易受到水中污染物的影响。
通过对它们的研究，研究人员可以评估化学物质对淡水生态系统的影响。
这些方法还包括收集野外样本或采集实验室生物样本。
环境毒理学研究现状与未来发展方向
环境毒理学研究现状与未来发展方向环境毒理学是一门研究环境污染物对生物体影响及其机制的学科，其研究内容涉及环境污染物的种类、来源、毒性、生物效应、代谢机制、影响机制、健康风险评估等方面。
随着工业化进程的加速和人类活动的不断增强，环境污染已经成为制约人类持续发展的主要问题之一。
因此，环境毒理学在当今社会中具有十分重要的地位。
目前，环境毒理学的研究涉及的范围极为广泛，包括空气污染、水污染、土壤污染等各种类型的环境污染。
其中，空气污染是当前环境毒理学研究的热点之一。
空气污染物种类众多，包括二氧化硫、氮氧化物、颗粒物、臭氧等多种大气污染物。
这些空气污染物的排放已经对人类健康和生态环境造成了严重危害。
研究表明，空气中的二氧化硫和氮氧化物等污染物会引发呼吸道疾病和心血管疾病等健康问题，而颗粒物和臭氧还会对人类的神经系统和免疫系统产生负面影响。
在水污染方面，其对人类的健康影响同样不容忽视。
水污染物一般包括化学物质、有机污染物、微生物等。
其中，微生物性污染物（如细菌、病毒等）对人类健康的危害很大。
比如，近几年出现了不少爆发性水源性疾病，如肠道病毒性感染、霍乱、衣原体病等。
这些疾病的爆发往往对旅游业和社会经济产生了负面影响。
此外，水中的重金属、农药等化学物质也会对人体产生影响，引发一些慢性病。
为了解决环境污染对人类和生态环境带来的影响，环境毒理学研究逐渐向深度和广度方面发展。
从深度方面来看，现在环境毒理学更加注重污染物对生物体的作用机理研究。
通过深入探究毒物的毒性机理，可以更加准确快速地评估毒物对生物体和生态环境的风险，并为污染物抑制、降解、修复等环境治理提供科学依据和技术支持。
从广度方面来看，环境毒理学的研究领域逐渐拓展，不止局限于常规污染物的研究，也在研究新型污染物（如纳米材料、药品渗透剂等）对人类和生态环境的影响。
在未来，环境毒理学的研究方向将更加注重综合性、前沿性和实用性。
具体来说，随着环境污染与人类健康的关系日益密切，环境毒理学的研究重点将逐渐转向综合性的研究。
水域环境中的生态毒理学研究
水域环境中的生态毒理学研究水域环境是地球上最重要的生态系统之一，它承载着无数的生物种群和提供着人类所需的许多资源。
然而，随着人类活动的不断增加，水域环境也面临着日益严重的污染问题。
生态毒理学研究就是为了解决这一问题而产生的一门学科，它研究的是污染物对水域生态系统中的生物体产生的毒性效应。
生态毒理学研究的一个重要方向是探索水域污染物对水生生物的影响。
水生生物包括了各种鱼类、浮游生物、底栖动物等，它们是水域生态系统的重要组成部分。
通过研究污染物对这些生物的毒性效应，我们可以了解到污染物对整个生态系统的影响程度。
例如，一些有机污染物如农药和工业废水中的有机物，可以对鱼类的生殖能力和行为产生不良影响，从而导致鱼类数量的减少和种群结构的改变。
这些研究结果可以为制定水域环境保护政策提供科学依据。
另一个重要的研究方向是探索污染物在水域生态系统中的迁移和转化规律。
污染物的迁移和转化过程决定了它们在水体中的分布和浓度，进而影响到生物体的暴露和毒性效应。
通过研究污染物的迁移和转化规律，我们可以了解到它们在水体中的寿命和生物体的累积情况。
例如，一些重金属污染物如铅和汞，可以在水体中长期存在，并通过食物链逐级富集，最终对鱼类等高级消费者产生毒性效应。
这些研究结果可以为预测和评估水域污染物的风险提供依据。
此外，生态毒理学研究还关注污染物对水域生态系统的整体稳定性和功能的影响。
水域生态系统是一个复杂的生物社会系统，其中各种生物体之间存在着复杂的相互关系和相互作用。
污染物的存在和毒性效应可能会破坏这些相互关系和相互作用，从而导致生态系统的不稳定和功能退化。
通过研究污染物对水域生态系统的影响，我们可以了解到生态系统的抗干扰能力和恢复能力，从而为保护和修复受损的水域生态系统提供科学依据。
为了开展生态毒理学研究，科学家们采用了各种各样的实验和调查方法。
实验方法包括了室内实验和野外实验，通过控制和观察不同条件下的生物体对污染物的反应，来研究其毒性效应。
硫丹中毒
消化系统
– 各种中毒途径导致的急性硫丹中毒均可出现腹部不适、恶心、呕 吐、腹痛、腹泻等症状；部分病人可出现肝脏损害，有肝功能异 常，是硫丹对肝细胞的直接毒性还是因抽搐导致机体缺氧造成目 前还不清楚。
呼吸系统
– 病情严重者常合并急性肺水肿，主诉有胸闷、呼吸困难，甚至出 现窒息和发绀等症状，肺部听诊可闻及湿性啰音。部分经口中毒 患者可因误吸导致吸入性肺炎。
毒性
指标 LD50 实验动物 大鼠： 侵入途径 经皮 经口 腹腔内注射 小鼠： 兔： 腹腔内注射 经皮 经口 LC50 大鼠： 经呼吸道 毒性参数 78~130mg/kg 18~43mg/kg 8mg/kg 7mg/kg 90mg/kg 28mg/kg 80mg/m3/4H
属于高毒类农药。 估计人口服最低致死剂量在50~500mg/kg 之间 有研究认为硫丹的神经毒性作用可影响5-羟 色胺能系统及胆碱能系统 ；有人认为硫丹 的毒作用类似GABA拮抗物作用，并使 Na+-K+ -ATP酶和Ca2+-Mg2+ -ATP酶活性 抑制，致使细胞内Ca2+蓄积，导致中枢神 经系统处于持续兴奋状态。
诊断原则
硫丹接触史——患者本人或其他知情人的描述。 硫丹接触的证据——自杀的遗书、空的硫丹包 装、残留物、气味和颜色。 相应的硫丹中毒临床表现，特别是全身性抽搐， 在中毒控制中心统计的90例病例中，有56例出现 全身性抽搐（一般于中毒后数小时出现，中毒剂 量大者数分钟就可出现）。 实验室毒物的测定结果。 需与颅内肿瘤、脑血管病、心血管病、急性药物 中毒、鼠药中毒等疾病鉴别。
硫丹中毒
介绍
硫丹（endosulfan），是一种高毒有机氯类杀虫剂，在我 国有多个厂家生产，也称为硕丹、赛丹等，此农药已在多 个国家登记注册并得到了广泛的应用。 在我国市场上含硫丹有效成分的农药商品名有韩丹、瑞 通、茶保、攻杀、搏击、赛瑞因、赛敌、凯威168、斩顽 敌、奇灵、好铃丹、丰棉丹、烈虫爆、天蛙、棉铃安II、 棉铃安、螨铃绝、凯威188、快杀灵II号、强力丹、赛虫 清、辰龙、赛宝、赛丹、克害灵、福灵丹、辉丰二号、特 效灵、棉胜、稼丰、赛敌、美收、赛达克、硕丹、赛灵 丹、赛铃克等。 对棉铃虫等农作物害虫具有良好的杀虫效果，且难以用其 他农药代替，故目前仍在广泛应用。
有机氯农药硫丹的生殖毒性及其机制研究进展
Ｗａ ｎ ｇ Ｄａ ｙ ａ ｎ ， Ｗａ ｎ ｇ Ｊ ｉ ｎ ｇ ｊ ｉ ｎ ｇ ， Ｎｉ ｅ Ｙ ａ ｇ ｕ ｎｇ ａ ， Ｄ ａ ｉ Ｈ ｕ ｉ ， Ｗａ ｎｇ Ｍｕ ｄ ｉ ， Ｘｕ Ａ ｎ 。 ，
１ ．Ｄｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｅｎ ｖｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎｔ ａ ｌ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎｄ Ｏｐｔ ｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏｎ ｉ ｃ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏｌ ｏ ｇｙ ，Ｕ ｎ ｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ Ｃｈｉ ｎａ ，Ｈ ｅ ｆ ｅ ｉ ２３ ０ ０２ ６，Ｃｈｉ ｎａ
２ ． ＣＡＳ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｈｉ ｇ ｈ Ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｆ ｉ ｅ ｌ ｄ ｎｄ ａ Ｉ ｏ ｎ Ｂｅ ａ ｍ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ Ｂｉ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ｎｄ ａ Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｔ ｏ ｘ ｉ ｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｎｄ ａ Ｐ ｏ ｌ ￣ｔ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｎ ｉ Ａｎ ｈ ｕ ｉ ， Ｈｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ０ ３ １ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ
有 机 氯 农 药 硫 丹 的 生殖 毒 性 及 其 机 制 研 究 进 展
王 大延 ，王 晶 晶 ，聂 亚 光 ，代 慧 ，王牧 笛 ，许 安 ＇ ，
１ ． 中国科技大学环境科 学与光电技 术学院 ． 合肥 ２ ３ ０ ０ ２ ６
２ ．中国科学院 强磁场 与离子 束物理 生物学重点实验 ２ ３ ０ ０ ３ １
211036546_水生生态系统中微塑料对微藻的生态毒理效应研究进展
生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第18卷第1期2023年2月V ol.18,No.1Feb.2023㊀㊀基金项目:国家自然科学基金资助项目(41601017);陕西省高校科协青年人才托举计划项目(20190702)㊀㊀第一作者:干牧凡(1998 ),男,硕士研究生,研究方向为生态毒理学,E -mail:*******************㊀㊀*通信作者(Corresponding author ),E -mail:************.cnDOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220215001干牧凡,张妍,时鹏,等.水生生态系统中微塑料对微藻的生态毒理效应研究进展[J].生态毒理学报,2023,18(1):217-231Gan M F,Zhang Y ,Shi P,et al.Research progress on ecotoxicological effects of microplastics on microalgae in aquatic ecosystems [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2023,18(1):217-231(in Chinese)水生生态系统中微塑料对微藻的生态毒理效应研究进展干牧凡1,张妍1,*,时鹏2,张成前11.西北大学城市与环境学院,西安7101272.西安理工大学西北旱区生态水利国家重点实验室,西安710048收稿日期:2022-02-15㊀㊀录用日期:2022-04-20摘要:作为一种新污染物,微塑料引起的环境问题日益严重,引起的生物效应和健康风险备受关注㊂微塑料粒径小,比表面积大,易成为各种污染物的载体,影响水生生物的生长繁殖或沿食物链传递,从而威胁到水生生态系统的安全㊂然而微塑料对水生生物的毒性作用机理尚不明确,因此,微塑料对水生生态系统的影响在很大程度上仍然是未知的㊂微藻是水生食物链的基础,是水生生态系统的基本组成部分,也是实现多种生态系统功能的关键生物,了解微塑料对微藻的生态毒性效应有助于评估其生态风险㊂本文基于已有研究,通过个体-种群-群落-生态系统等不同尺度综合论述微塑料对微藻的生态毒理效应,解析微塑料对微藻毒性作用的影响因素,包括浓度㊁粒径㊁形状㊁表面电荷和添加剂等㊂在此基础上,提出当前领域存在的问题和未来研究的重点方向㊂期望能为今后的微塑料毒性作用研究提供理论基础和数据参考㊂关键词:微塑料;微藻;生态毒理效应;作用机制;水生生态系统文章编号:1673-5897(2023)1-217-15㊀㊀中图分类号:X171.5㊀㊀文献标识码:AResearch Progress on Ecotoxicological Effects of Microplastics on Microal-gae in Aquatic EcosystemsGan Mufan 1,Zhang Yan 1,*,Shi Peng 2,Zhang Chengqian 11.College of Urban and Environmental Sciences,Northwestern University,Xi an 710127,China2.State Key Laboratory of Eco -hydraulics in Northwest Arid Region,Xi an University of Technology,Xi an 710048,ChinaReceived 15February 2022㊀㊀accepted 20April 2022Abstract :As a new type of environmental pollutants,microplastics have caused many environmental problems,in -cluding biological effects and health risks,and gradually attracted worldwide attention.Microplastics with small particle sizes and large specific surface areas are easy to become the carriers of various pollutants,affecting the growth and reproduction of aquatic organisms.At the same time,they can be transmitted along the food chain,threatening the safety of aquatic ecosystems.However,the toxic mechanism of microplastics on aquatic organisms is not clear.Therefore,the effects of microplastics on aquatic ecosystems remain largely unknown.Microalgae are the foundation of the aquatic food chain,as well as the basic components of the aquatic ecosystem and the key or -218㊀生态毒理学报第18卷ganisms that realize various ecosystem functions.Understanding the impact of microplastics on microalgae is help-ful to assess its ecological risks.This paper comprehensively discusses the mechanism of microplastics on microal-gae through different scales such as individual,population,community and ecosystem,and further summarizes the influencing factors of the toxicity of microplastics on microalgae,including concentration,particle size,shape,sur-face charge,and additives.On this basis,the current problems in the field of microplastics are proposed,and the di-rection and focus of future research are put forward.It is expected to provide a theoretical basis and data reference for future studies on the toxicity of microplastics.Keywords:microplastics;microalgae;ecotoxicological effects;mechanisms of action;aquatic ecosystems㊀㊀作为一种新型污染物,微塑料(microplastics, MPs)污染已经成为全球关注的环境问题[1]㊂微塑料广泛存在于全球多种介质中,海洋㊁河流㊁湖泊㊁土壤和沉积物,甚至极地地区都检测出微塑料的存在[2]㊂通常<5mm的塑料颗粒被称为微塑料[3]㊂微塑料具有不同的形状,如碎片㊁薄膜㊁纤维㊁泡沫和颗粒[4]㊂环境中的微塑料分为初生微塑料和次生微塑料㊂初生微塑料指的是在工业生产过程中由于特定用途而制备成为微米级的小粒径塑料颗粒,如沐浴露㊁洗面奶等;次生微塑料则是由环境中的废弃塑料,在物理㊁化学或生物作用下破碎所形成[5]㊂微塑料化学性质稳定㊁不易分解且分布广泛,对水生生物的影响仍不明朗㊂一方面,微塑料可以被多种水生生物摄入,对生物体构成直接威胁㊂研究表明,微塑料一旦进入生物体内,外排将变得十分缓慢,最终会蓄积在生物体的消化系统中,造成其消化道的机械堵塞和损伤,如贻贝(Mytilus edulis)消化腺[6]㊁鱼类胃部[7]和藤壶(Lepas sp.)肠道[8]等,影响生物体内的系统平衡和正常代谢㊂另一方面,由于微塑料具有较大的比表面积和良好的疏水性能,可通过一系列复杂的相互作用吸附水体中的污染物㊂同时,塑料在生产过程中使用的添加剂也会在微塑料降解时释放到环境中,增加了水生生物受到污染物毒性效应的风险㊂与陆地生态系统相比,高分子聚合物在水生生态系统中更容易破碎㊁降解成较小的塑料碎片,成为微塑料的重要来源[9]㊂微塑料及其携带的化学污染物会影响水生生物的生长繁殖,也会随着食物链和食物网向更高级的生物传递,最终富集在人类体内,威胁人类健康[10]㊂因此,研究水生生态系统中的微塑料就显得尤为重要㊂在众多水生生物中,微藻位于食物链的底部,是水生生态系统中重要的初级生产者,可通过光合作用将无机碳转化成有机碳,是水生生物的主要能量来源㊂微藻具有生长周期短㊁易操作㊁易观察㊁对有毒物质敏感和无摄食过程等特点㊂微藻常被用作检测微塑料污染造成环境威胁的指示生物[11]㊂吸附着微藻的微塑料和漂浮在水面上的微塑料被浮游动物所捕食[12],鱼类和其他生物又以这些浮游生物为食㊂由于捕食作用,微塑料会通过食物链大量进入水生生态系统食物网,对水生生态系统造成巨大的威胁㊂目前微塑料对微藻的生态毒性效应研究大多停留在细胞和个体水平,对生物种群㊁群落乃至整个生态系统的研究存在着严重的数据缺口和认识不足㊂本文从个体㊁种群和群落,生态系统等尺度论述微塑料对微藻的生态毒理效应,总结微塑料对微藻的毒性作用影响因素,提出目前研究中存在的问题,展望未来的研究方向,以期对微塑料污染的生态毒理效应研究有所裨益㊂1㊀微塑料对微藻个体的生态毒理效应(Ecotoxico-logical effects of microplastics on individual mi-croalgae)微塑料对微藻细胞个体的毒性机理十分复杂,且仍有许多未能明确的部分㊂以下将尝试从物理损伤和生理生化损伤(光合系统㊁氧化应激和胞外聚合物)方面加以阐述㊂1.1㊀物理损伤(Physical damage)微塑料对微藻细胞的物理损伤主要在于吸附和内化㊂一方面,微塑料由于体积小,比表面积大,易于吸附微藻细胞㊂Mao等[13]研究发现,聚苯乙烯(polystyrene,PS)会对蛋白核小球藻细胞造成物理损伤,包括细胞膜受损和类囊体扭曲㊂Lagarde等[14]发现当微藻定植在聚丙烯(polypropylene,PP)上时,聚合聚丙烯密度平均值(1.19g㊃cm-3)大于原始聚丙烯的密度(0.90g㊃cm-3)㊂异质聚集改变了微藻的密度和垂直分布状态,使微藻发生沉降进入深水弱光区,降低微藻的生长速率[15]㊂此外,微塑料的吸附会导致物理堵塞,影响细胞中的空气流动速率,限制细胞与环境间物质和能量转移,使细胞内的有害代谢物第1期干牧凡等:水生生态系统中微塑料对微藻的生态毒理效应研究进展219㊀难以分解[16]㊂不仅如此,微藻的运动方式还会被附着在鞭毛上的微塑料影响[17]㊂另一方面,微塑料还可能内化进入微藻细胞[18]㊂Chen 等[19]将微藻分别暴露于不同直径的PS 微珠中,处理72h 后发现,2种细胞中均发现了1.0μm 和2.0μm PS 微珠,而3.0㊁4.0和5.0μm 的PS 微珠则未在细胞内发现㊂结果证明了微藻中微塑料具有尺寸依赖性的颗粒内化㊂微塑料内化会对微藻细胞内部结构和功能造成不利影响,如蛋白核不清晰㊁类囊体变形和细胞膜受损等㊂由于微藻细胞壁的屏障作用,大粒径的微塑料往往难以穿透[20]㊂目前环境中的微塑料有逐渐变小的趋势[21],而微塑料内化的机理尚不明确,因此仍需更多的实验来验证微塑料能否进入微藻细胞㊂1.2㊀生理生化损伤(Physiological and biochemical damage)1.2.1㊀光合系统损伤微塑料已被证明会影响微藻细胞光合作用[22]㊂具体表现为光合反应效率下降[23]和光合色素含量(如叶绿素)降低[24]㊂研究表明,可变荧光(F v )和最大荧光(F m )之间的比率(F v /F m )是光系统Ⅱ(PS Ⅱ)电子传输活性的指标[25]㊂微塑料可通过影响电子供体部位㊁光系统Ⅱ的反应中心(负责能量转换)和电子传递链而阻碍光合作用㊂Wu 等[26]发现微藻暴露于微塑料中时,F v /F m 显著降低㊂这可能归因于微塑料中断了PS Ⅱ反应中心的受体Q A 和Q B 之间的光电子传输,从而形成更多处于还原状态的Q A ,减少了微藻的光合效率㊂Ansari 等[27]发现高浓度的微塑料暴露使微藻光合效率(F v /F m )降低㊂随着时间延长,光合效率逐渐恢复㊂深层次研究表明,微藻光合效率的降低与参与光合成基因表达的下降有关[14]㊂另外,Sendra 等[28]发现PS 微塑料会降低叶绿素浓度㊂Wang 等[29]观察到25~200mg ㊃L -1的聚氯乙烯(polyvinylchloride,PVC)使硅藻的叶绿素a 含量下降㊂Zheng 等[30]发现在不同浓度的PVC ㊁PS 和聚乙烯(polyethylene,PE)微塑料作用下,铜绿微囊藻的叶绿素a 含量在48h 后显著降低㊂原因可能是微塑料导致细胞内活性氧的积累,破坏了细胞结构并抑制了叶绿素合成㊂然而也有研究得出了不同的结果㊂Sjollema 等[31]证明不同粒径的PS 和PS -COOH颗粒对微藻光合作用没有负面影响㊂出现不同结果的原因可能与微藻所处的生长时期和光照条件有关㊂当微藻处于指数生长期时,能够通过代谢过程的自我调节克服微塑料胁迫带来的负面效应㊂另外,当实验中光照过剩时,即使大部分光被微塑料的遮蔽效应所阻挡,剩余的光也能够满足微藻基本光合作用的需要㊂因此,在弱光条件下,微塑料对于微藻光合作用的影响还有待进一步研究㊂1.2.2㊀氧化应激和抗氧化酶活性降低氧化应激是指当生物体受到环境应激时,细胞内高活性分子物质的浓度瞬间或缓慢升高,破坏细胞代谢和调节,导致细胞损伤的生理现象㊂当环境中存在有毒污染物时,会刺激微藻细胞产生活性氧簇(reactive oxygen species,ROS),如超氧阴离子(㊃O -2)和过氧化氢(H 2O 2)等㊂低水平的ROS 可以调节细胞中许多生理生化反应,但在高浓度下对生物体有明显毒性[32]㊂研究表明,ROS 诱导的氧化应激是微塑料对微藻细胞的主要致死机制(图1)[33]㊂ROS 的过度积累会氧化脂质,导致细胞膜损伤[23]㊂此时生物体内会产生抗氧化酶,如超氧化物歧化酶(SOD)㊁过氧化氢酶(CAT)㊁过氧化物酶(POD)㊁谷胱甘肽过氧化物酶(GPx)和谷胱甘肽-S -转移酶(GST)等,通过分解产生的ROS 以减轻污染物对生物体的潜在毒性㊂氧化应激是微藻应对外界污染时的典型反应[34]㊂图1 微塑料导致的氧化应激对微藻细胞的毒性作用Fig.1㊀Toxic effects of oxidative stress induced bymicroplastics on microalgae cells㊀㊀一般来说,微藻抗氧化酶的活性在短期接触微塑料期间会增加,在长期接触后会下降[35]㊂在正常生长条件下,微藻细胞的氧化和抗氧化系统处于平衡状态,细胞内ROS 处于稳定状态㊂当微塑料的摄入和积累程度超过阈值时,微藻细胞的抗氧化酶系统不能保持ROS 产生和消除的动态平衡,导致酶活220㊀生态毒理学报第18卷性受到抑制,抗氧化酶系统发生严重的氧化损伤,引发细胞凋亡[36]㊂Bhattacharya等[17]将小球藻和栅藻暴露于纳米塑料中,发现2种微藻均摄入了纳米塑料,导致细胞内ROS的生成;Xiao等[24]发现PS微塑料暴露显著增加了裸藻(Euglena gracilis)细胞内ROS含量,并抑制了色素的生成㊂目前关于微塑料诱导ROS产生的原理㊁ROS与微藻损伤之间关系的研究仍较少㊂1.2.3㊀调控相关基因表达和胞外聚合物(extracellu-lar polymer substances,EPS)变化微塑料会影响微藻细胞中部分基因的表达㊂Lagarde等[14]发现,高密度聚乙烯(HDPE)提高了莱茵衣藻中参与糖合成途径基因的表达㊂Xiao等[24]证明将裸藻暴露于5μm PS微塑料后,CTR1基因的表达显著下降,该基因被证明与植物生长有关[37]㊂同时,与长链脂肪酸合成相关的KCS基因显著上调,该基因的过度表达可能导致更高浓度胞外聚合物EPS的分泌㊂EPS是一种存在于细胞表面的多糖胶体物质,主要成分包括多糖㊁蛋白质(即酶和结构蛋白)㊁核酸(DNA)和脂质㊂能够形成保护层以抵御污染物的危害[38]㊂在微塑料的应激作用下,微藻会产生并释放EPS㊂EPS具有净负表面电荷,能够通过静电作用吸附微塑料颗粒,促进微藻-微塑料异质聚集体的形成[39]㊂异质聚集体的形成会导致微藻细胞表面结构改变,如细胞膜增厚㊁细胞壁破损等㊂分泌的EPS 会在微塑料表面形成了一层新的结构,称为生态冠状结构(eco-corona),其会改变微塑料的表面电荷和聚集性,起到物理屏蔽的作用[40]㊂研究表明,不同微藻产生的EPS的大小㊁含量和形态不同㊂Cunha 等[41]考察了淡水微囊藻和海水微囊藻生成EPS的大小和产量,发现海水微囊藻产生EPS的数量更多㊂另外值得注意的是,EPS具有吸附和聚集水环境中微塑料的巨大潜力㊂Grassi等[42]发现海洋硅藻释放EPS能够减缓PS-COOH在海水中的聚集速率,促使微塑料更多地与微藻聚集㊂微藻生物处理有望成为解决淡水和海洋环境中微塑料污染的一种高效方法㊂2㊀微塑料对微藻种群和群落的生态毒理效应(Ec-otoxicological effects of microplastics on microalgal populations and communities)当微塑料对微藻个体毒性作用足够强烈时,就会对微藻种群及周围群落产生影响㊂表1中归纳了微塑料对微藻种群生态毒理效应的研究,效应终点集中于生长抑制率㊁光合作用和氧化损伤等方面㊂首先,微塑料对微藻种群的影响与其本身的理化性质有关,如浓度㊁粒径等㊂例如Gambardella等[43]的研究表明,11~13μm和20~25μm PE对三角褐指藻生长没有抑制作用㊂Sjollema等[31]测定PS对杜氏盐藻的生长影响,发现小粒径(0.05μm)㊁高浓度(250mg㊃L-1)条件下对微藻种群的抑制作用最明显㊂类似的,Wu等[26]研究了PVC和PP暴露对微藻种群光合系统的影响,发现PVC和PP浓度越高,蛋白核小球藻光合作用活性越低㊂Hitchcock[44]测试了微藻群落对低㊁中㊁高浓度微塑料的响应㊂结果表明,高浓度微塑料显著改变了微藻群落的结构㊂相反,Lagarde等[14]对低浓度㊁大粒径聚丙乙烯(400mg㊃L-1,400~1000μm)和莱茵衣藻之间的相互作用进行了研究,发现莱茵衣藻的生长并未受影响㊂显然,浓度越高㊁粒径越小,对微藻种群和群落的抑制作用更显著㊂其次,微塑料对不同生长时期微藻种群的影响有明显差异㊂微藻的生长周期可分为适应期㊁对数增长期㊁稳定期和衰亡期4个阶段㊂在不同的生长时期,外界污染胁迫对微藻种群的影响程度不同㊂Mao等[13]研究PS微塑料和蛋白核小球藻相互作用时发现,在适应期和对数增长期早期,蛋白核小球藻种群受到明显的抑制作用,包括生长活性降低和细胞表面结构改变㊂随着时间的延长,微塑料的不利影响会逐渐减轻甚至消失㊂类似的,孙炎等[45]考察了聚苯乙烯微塑料对东海原甲藻生长的影响,具体表现为先抑制㊁后促进㊂PS微塑料会抑制处于稳定期和衰亡期东海原甲藻的生长㊂由此可见,处于对数增长期末期的和稳定期的微藻细胞对于外界胁迫有着更强的适应与恢复能力,随着时间推移到稳定期后期和衰亡期后,微塑料抑制效应逐渐变大[46]㊂Guo等[47]证明,PE和PVC微塑料在4d时不会影响三角褐指藻种群的生长,但到9d时,生长抑制率明显提高㊂目前对于微藻种群研究大多以短期暴露试验为主,缺乏长期(168~240h)试验的研究㊂试验结果可能会放大微塑料的生态毒理效应㊂在某些条件下微塑料能够促进微藻的生长,原因可能是特定的微藻种群能以微塑料作为基质进行生长繁殖㊂第1期干牧凡等:水生生态系统中微塑料对微藻的生态毒理效应研究进展221㊀表1㊀微塑料对微藻的生态毒理效应T a b l e 1㊀E c o t o x i c o l o g i c a l e f f e c t s o f m i c r o p l a s t i c s o n m i c r o a l g a e测试物种T e s t s p e c i e s 分类C l a s s i f i c a t i o n 物种环境S p e c i e se n v i r o n m e n t微塑料M i c r o p l a s t i c s种类P o l y m e r 粒径/μmS i z e/μm浓度/(m g ㊃L -1)C o n c e n t r a t i o n /(m g ㊃L -1)暴露时间E x p o s e d t i m e 影响机制E f f e c t m e c h a n i s m 参考文献R e f e r e n c e s中肋骨条藻S k e l e t o n e m a c o s t a t u m 硅藻D i a t o m 海水S a l t w a t e rP V C10~200096h 抑制藻细胞生长,叶绿素含量和光合速率降低I n h i b i t i o n o n t h e a l g a e g r o w t h ;c h l o r o p h y l l c o n t e n t a n d p h o t o s y n t h e s i s d e c r e a s e[16]球等鞭金藻I s o c h r y s i s g a l b a n a金藻C h r y s o p h y t a 海水S a l t w a t e rP E 2~62572h 对微藻生长无明显影响N o e f f e c t o n t h e a l g a e g r o w t h[55]朱氏四爿藻T e t r a s e l m i s c h u i i 绿藻C h l o r o p h y t a 海水S a l t w a t e rP E 1~50.75~4896h抑制藻细胞生长,叶绿素含量降低I n h i b i t i o n o n t h e a l g a e g r o w t h ;c h l o r o p h y l l c o n t e n t d e c r e a s e[56]杜氏盐藻D u n a l i e l l a t e r t i o l e c t a 绿藻C h l o r o p h y t a 海水S a l t w a t e rP S 0.05~625&25072h 对微藻生长有显著抑制作用,对光合作用无影响S i g n i f i c a n t i n h i b i t i o n o n t h e a l g a e g r o w t hw i t h n o e f f e c t s o n p h o t o s y n t h e s i s[31]米氏凯伦藻K a r e n i a m i k i m o t o i甲藻D i n o p h y t a 海水S a l t w a t e rP S 11013d 抑制藻细胞生长I n h i b i t i o n o n t h e a l g a e g r o w t h[57]大溪地金藻T i s o c h r y s i s l u t e a 金藻C h r y s o p h y t a 海水S a l t w a t e rP S 20.04720h对微藻生长无明显影响N o e f f e c t o n t h e a l g a e g r o w t h[58]东海原甲藻P r o r o c e n t r u m d o n g h a i e n s e 甲藻D i n o p h y t a 海水S a l t w a t e rP S 0.1㊁11019d 微塑料对微藻生长的影响表现先抑制㊁后促进T h e e f f e c t o f m i c r o p l a s t i c s o n t h e g r o w t h o fm i c r o a l g a e i s f i r s t i n h i b i t e d a n d t h e n p r o m o t e d[45]三角褐指藻P h a e o d a c t y l u m t r i c o r n u t u m 硅藻D i a t o m 淡水F r e s h w a t e rP E150P V C 25050~1004d &9d短期暴露下对微藻生长无明显影响;长期暴露抑制藻生长并诱导脂质积累M i c r o a l g a l g r o w t h w a s n o t s i g n i f i c a n t l y a f f e c t e db y s h o r t -t e r m e x p o s u r e ;l o n g -t e r m e x p o s u r e i n h i b i t sa l g a l g r o w t h a n d i n d u c e s l i p i d a c c u m u l a t i o n[47]青岛大扁藻P l a t y m o n a s h e l g o l a n d i c a 绿藻C h l o r o p h y t a 淡水F r e s h w a t e rP S 1~51072h 微塑料被微藻内化,抑制微藻生长M i c r o p l a s t i c s a r e i n t e r n a l i z e d b y m i c r o a l g a e ,i n h i b i t i n g t h e g r o w t h o f m i c r o a l g a e [19]222㊀生态毒理学报第18卷续表1测试物种T e s t s p e c i e s 分类C l a s s i f i c a t i o n 物种环境S p e c i e se n v i r o n m e n t微塑料M i c r o p l a s t i c s种类P o l y m e r 粒径/μmS i z e/μm浓度/(m g ㊃L -1)C o n c e n t r a t i o n /(m g ㊃L -1)暴露时间E x p o s e d t i m e 影响机制E f f e c t m e c h a n i s m 参考文献R e f e r e n c e s 蛋白核小球藻C .p y r e n o i d o s a 绿藻C h l o r o p h y t a 淡水F r e s h w a t e rP S110~100720h 抑制微藻生长和光合作用,对微藻细胞膜造成物理损伤I n h i b i t s m i c r o a l g a l g r o w t h a n d p h o t o s y n t h e s i s ,c a u s i n g p h y s i c a l d a m a g e t o m i c r o a l g a l c e l l m e m b r a n e s[13]近头状尖胞藻R a p h i d o c e l i s s u b c a p i t a t a 绿藻C h l o r o p h y t a 淡水F r e s h w a t e rP E 63~75130120h 促进微藻生长P r o m o t e m i c r o a l g a e g r o w t h[59]莱茵衣藻C h l a m y d o m o n a s r e i n h a r d t i i 绿藻C h l o r o p h y t a 淡水F r e s h w a t e rP S 0.3~0.610010h抑制藻细胞生长㊁蛋白质合成及光合作用I n h i b i t i o n o n t h e a l g a e g r o w t h ,p r o t e i n s y n t h e s i s a n d p h o t o s y n t h e s i s[23]斜生栅藻S c e n e d e s m u s o b l i q u u s 绿藻C h l o r o p h y t a 淡水F r e s h w a t e rP S 0.05~0.1196h对微藻生长无明显影响,细胞内R O S ㊁S O D 均上升I t h a s n o o b v i o u s e f f e c t o n t h e g r o w t h o f m i c r o a l g a e ,a n db o t h i n t r ac e l l u l a r R O S a nd S O D i n c re a s e[60]富油栅藻A c u t o d e s m u s o b l i q u u s 绿藻C h l o r o p h y t a 淡水F r e s h w a t e rH D P EP V CP P 1002500~250504h 抑制藻细胞生长,在较高浓度微塑料作用下,细胞内蛋白质含量显著降低I n h i b i t i o n o n t h e a l g a e g r o w t h ,a n d t h e i n t r a c e l l u l a rp r o t e i n c o n t e n t i s s i g n i f i c a n t l y r e d u c e d u n d e r t h ea c t i o n o f h i g h e r c o n c e n t r a t i o n s o f m i c r o p l a s t i c s[27]水华微囊藻M i c r o c y s t i s f l o s -a q u a e 蓝藻C y a n o b a c t e r i a 淡水F r e s h w a t e rP P 0.60~55264h 抑制藻细胞生长I n h i b i t i o n o n t h e a l g a e g r o w t h[46]铜绿微囊藻M i c r o c y s t i s a e r u g i n o s a 蓝藻C y a n o b a c t e r i a 淡水F r e s h w a t e r P S 20~35066.7504h 对微藻生长无明显影响I t h a s n o o b v i o u s e f f e c t o n t h e g r o w t h o f m i c r o a l g a e[61]注:P S 表示聚苯乙烯;P P 表示聚丙烯;P E 表示聚乙烯;P V C 表示聚氯乙烯;H D P E 表示高密度聚乙烯;下同㊂N o t e :P S s t a n d s f o r p o l y s t y r e n e ;P P s t a n d s f o r p o l y p r o p y l e n e ;P E s t a n d s f o r p o l y e t h y l e n e ;P V C s t a n d s f o r p o l y v i n y l c h l o r i d e ;H D P E s t a n d s f o r h i g h -d e n s i t y p o l y e t h y l e n e ;t h e s a m e b e l o w .第1期干牧凡等:水生生态系统中微塑料对微藻的生态毒理效应研究进展223㊀㊀㊀最后,微塑料除了对微藻种群直接的生长抑制外,还可以通过干扰种群调节机制影响微藻[48]㊂微塑料对种群的影响有2种机制,一是自下而上的调节,基于生长速率和营养限制,二是自上而下的调节,基于捕食者对丰度的调节[49]㊂如微塑料可以通过吸附水环境中的基本营养物质,如维生素B12[50]㊂通过降低营养物质的可用性或吸收来破坏种群调节机制,从而通过自下而上的调节减少微藻的生长㊂不仅如此,微塑料还可能会改变微藻与初级消费者之间的相互作用㊂初级消费者往往难以分辨尺度相近的微塑料颗粒和微藻细胞[51],对微塑料优先摄入会减少对于微藻的捕食㊂同时,浮游动物极易受到微塑料毒性的影响[52]㊂微塑料对浮游动物的影响会进一步降低浮游动物的滤食效率[53],导致微藻的相对丰度发生变化,通过自上而下的调节导致微藻种群数量增加[48]㊂微藻增加会导致赤潮,水华发生频率增高[54]㊂种群是动态的,易受到多种环境因素的影响㊂分析微塑料对于种群和群落响应的干扰机制显得尤为困难㊂更为关键的是,由于微塑料对微藻个体的生态毒理效应具有物种差异性,其对不同微藻种群间的生态毒理效应也有所不同㊂微塑料对生物种群和群落的效应是本领域重大挑战之一,接下来需要更多从宏观角度开展研究㊂3㊀微塑料对水生生态系统的生态毒理效应(Eco-toxicological effects of microplastics on aquatic eco-systems)微塑料粒径小,化学性质稳定,可通过多种途径进入水生生物体内,并在其组织和器官中蓄积和转移[62]㊂由于微塑料的生物传递性,微藻可以携带着微塑料被高营养级生物(如初级消费者)所捕食,营养级间的转移会导致大量微塑料进入水生食物网中,并被水生生物群所同化[63],从而对生物体内系统平衡和正常代谢造成危害(表2)㊂Bhattacharya等[17]发现PS微球会特异性吸附在绿藻的表面,导致扇贝类对绿藻表面的微塑料的吸收能力增强㊂Ceder-vall等[64]的研究表明,微塑料颗粒能够从微藻转移至浮游动物,并最终被鱼类所吸收㊂同样,Mattsson 等[65]证明了PS微塑料颗粒在斜生栅藻-大型蚤-鲫鱼3个营养级生物中的传递效应,并影响鲫鱼的行为方式和脂质代谢㊂Chae等[66]将暴露于荧光PS微塑料中的莱茵衣藻喂食大型蚤,再用大型蚤喂食青鳉㊂而后在大型蚤的肠道和青鳉的消化系统中检测到了微塑料,并发现微塑料在青鳉的肠腔中被内化㊂值得注意的是,微塑料中添加的化学物质也会沿着食物链向不同营养级传播㊂Batel等[67]在实验室中使用丰年虾和斑马鱼组成的简易食物链,发现微塑料(1~20μm PE颗粒)和其携带的化学物质(苯并芘)可能在丰年虾中积累,然后转移到斑马鱼身上㊂尽管有越来越多的研究表明微塑料存在生物富集和生物放大效应,但只有有限的证据表明其在不同食物链中的迁移㊁传递和富集过程[68]㊂在未来研究中,我们应集中于水生生态系统中不同营养级的典型种群和群落,阐明微塑料在各级生物体内的累积效应和危害,进一步明晰复杂食物网中微塑料摄取机制和途径[69]㊂进一步研究表明,微藻也会影响微塑料在水环境中分布状态㊂如前所述,微藻与其他微生物对微塑料的定植产生聚合物,导致微塑料密度增加㊂下沉的微藻-微塑料聚集体和温盐循环会影响微塑料在水生环境中的运输和生物利用度[70]㊂这些聚集体会随着海洋残骸垂直运输到水环境底部㊂随着微塑料在水生环境中自上而下迁移[58],会导致其在从地表水到底栖沉积物的水生环境中广泛垂直分布,从而破坏和干扰生态系统平衡[71]㊂在海洋环境中,有机聚集体(所谓的海洋雪)可以捕获微塑料并将具有浮力的微塑料运输到深海,最终提高它们在深海动物群中的生物利用度[72]㊂4㊀微塑料对微藻毒性作用的主要影响因素(Main factors affecting the toxicity of microplastics to mi-croalgae)微塑料的生态毒性作用较为复杂,微塑料在微藻细胞上的物理吸附是毒性机制的最初原因[43]㊂微塑料的吸附量和毒性取决于微塑料性质(浓度㊁粒径㊁形状㊁表面电荷及添加剂)[76]和微藻的种类和特征[41]㊂4.1㊀浓度(Concentration)微塑料对微藻生长有抑制作用,并且抑制率与微塑料浓度和暴露时间呈正相关[77]㊂Li等[23]分别将莱茵衣藻暴露于5㊁25㊁50和100mg㊃L-1PS微塑料中,发现100mg㊃L-1时生长抑制率最高㊂Venâncio等[78]考察了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)对4种海洋微藻的毒性影响,结果表明微藻细胞生长抑制率随PMMA浓度升高而升高㊂Zhang等[16]将中肋骨条藻暴露于PVC中,证明高浓度下微塑料颗粒可通过对微藻的吸附和聚集减少微藻对营养物质的吸收㊁降低光合效率(PSⅡ)㊂然而也有研究发现,微塑料可作为微藻生长的基质,促进微藻的生长[59]㊂224㊀生态毒理学报第18卷表2㊀微塑料(M P s )通过食物网转移:营养级类别㊁物种㊁微塑料种类和粒径㊁浓度㊁暴露时间和影响T a b l e 2㊀M i c r o p l a s t i c s (M P s )t r a n s f e r t h r o u g h t h e f o o d w e b :T r o p h i c l e v e l c a t e g o r y ,s p e c i e s ,t y p e a n d s i z e o f M P s ,c o n c e n t r a t i o n ,e x p o s u r e t i m e a n d e f f e c t营养级类别T r o p h i c l e v e l 物种S p e c i e s 种类&粒径M a t e r i a l &s i z e浓度/(m g ㊃L -1)C o n c e n t r a t i o n /(m g ㊃L -1)暴露时间E x p o s e d t i m e 影响E f f e c t 参考文献R e f e r e n c e s初级生产者P r i m a r y p r o d u c e r 初级消费者P r i m a r y c o n s u m e r 次级消费者S e c o n d a r y c o n s u m e r栅藻S c e n e d e s m u s s p .大型蚤D a p h n i a m a g n a黑鲫C a r a s s i u s c a r a s s i u s纳米塑料(N P s )N a n o p l a s t i c s (N P s )(24~27n m )72h 证明微塑料能够在3个营养级间迁移,严重影响鱼类的行为和脂质代谢T h r e e l e v e l t r o p h i c w e b e x p e r i m e n t d e m o n s t r a t e d t r o p h i c t r a n s f e r ;s e v e r e e f f e c t s o n b o t h b e h a v i o u r a n d l i p i d m e t a b o l i s m i n f i s h[73]初级生产者P r i m a r y p r o d u c e r 初级消费者P r i m a r y c o n s u m e r 斜生栅藻S c e n e d e s m u s o b l i q u u s大型蚤D a p h n i a m a g n aP S -N P s 0.22~15021d 微塑料降低了微藻生长速率和叶绿素浓度,改变了微藻和大型蚤种群的生活史M i c r o p l a s t i c s r e d u c e m i c r o a l g a l g r o w t h r a t e a n d c h l o r o p h y l l c o n c e n t r a t i o n ,a l t e r i n g t h e l i f e h i s t o r y o f m i c r o a l g a l a n d D a p h n i a p o p u l a t i o n s[74]初级生产者P r i m a r y p r o d u c e r 初级消费者P r i m a r y c o n s u m e r 次级消费者S e c o n d a r y c o n s u m e r 三级消费者T e r t i a r y c o n s u m e r 莱茵衣藻C h l a m y d o m o n a s r e i n h a r d t i i大型蚤D a p h n i a m a g n a中华青鳉O r y z i a s s i n e n s i s纵纹鱲Z a c c o t e m m i n c k i iP S -N P s (57.3~60.4n m )5048h ,72h ,7d 微塑料可在4个营养级中迁移;对微藻和大型蚤无明显毒性;对鱼的肝组织㊁脂质代谢㊁胚胎有明显毒性F o u r l e v e l t r o p h i c t r a n s f e r a n d i n d i v i d u a l i m p a c t ;n o s i g n i f i c a n tt o x i c i t y f o r t h e m i c r o a l g a o r D .m a g n a ;t o x i c i t y o n l i v e r t i s s u e ,l i p i d m e t a b o l i s m ,a n d e m b r y o s o f f i s h[66]初级生产者P r i m a r y p r o d u c e r 初级消费者P r i m a r y c o n s u m e r 蛋白核小球藻C h l o r e l l a p y r e n o i d o s a中华圆田螺C i p a n g o p a l u d i a n c a t h a y e n s i sP S -M P s(700n m )0.01~152096h 污染物对微藻和中华圆田螺的急性毒性在微塑料存在下显著增加A c u t e t o x i c i t y o f p o l l u t a n t s s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d i n t h ep r e s e n c e o f M P s f o r t h e m i c r o a l g a e a n d t h e s n a i l[75]初级消费者P r i m a r y c o n s u m e r 次级消费者S e c o n d a r y c o n s u m e r 丰年虾A r t e m i a斑马鱼Z e b r a f i s hP E -M P s (1~20μm )48h小粒径(1~20μm )的微塑料颗粒和其携带的污染物在丰年虾中积累,随后转移到斑马鱼上;污染物在鱼的肠道中解吸,而后转移到肝脏中S m a l l (1~20μm )m i c r o p l a s t i c p a r t i c l e s a c c u m u l a t e d i n A r t e m i an a u p l i i a n d w e r e s u b s e q u e n t l y t r a n s f e r r e d t o z e b r a f i s h ;c o n t a m i n a n t s a r ed e s o r b e d i n t h e g u t o f t h e f i s h a n d t h e n t r a n s f e r r e d t o t h e l i v e r[67]。
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Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｐｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｅｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｂｅ ｈ ａ ｉｏ ｖ ｒ ａ ｎｄ Ｗａ ｔ ｅ ｒ Ｅｃ ｏ ｔ ｏ ｘ ｉ ｃ ｏ －
ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｅｎ ｄ ｏ ｓ ｕ ｌ ｆ ａ ｎ
Ｗ ｕ Ｈｕａ ｎｙ ａ ｎ ｇ ，Ｄｉ ｎｇ Ｓ ｈｉ ｈｕ ａ ’
１ ． Ｃｏｌ ｌ ｅ ｇｅ ｏ ｆ Ｅｎｖｉ ｒ ｏｎｍｅ ｎｔ ａ ｎｄ Ｅｎｅ ｒ ｇｙ，Ｓｏｕｔ ｈ Ｃｈｉ ｎａ Ｕｎｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏｆ Ｔｅ ｃ ｈｎｏｌ ｏｇ ｙ，Ｇｕａ ｎｇ ｚ ｈｏｕ ５１ ０ ０ ０６ ，Ｃｈｉ ｎａ ２ ．Ｃｏｌ ｌ ｅ ｇｅ ｏｆ Ａ ｎｉ ｍａｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎｃ ｅ ａ ｎｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎｏｌ ｏｇｙ， Ｋｅ ｙ Ｌａ ｂｏ ｒ ａ ｔ ｏｒ ｙ ｏ ｆ Ａ ｑｕａ ｔ ｉ ｃ Ｓｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏｆ Ｃｈｏ ｎｇｑ ｉ ｎｇ， Ｓｏ ｕｔ ｈｗｅ ｓ ｔ Ｕｎｉ ｖｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，
ｉ ｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， ２ ０ １ ５ ， １ ０ （ ２ ） ： １ １ ３ － １ ２ ２（ ｎ ｉ Ｃ ｈ ｎ ｉ ｅ ｓ ｅ ）
硫 丹 的环 境 行 为及 水 生态 毒 理效 应 研 究进 展
武 焕 阳 ，丁诗 华 ’
１ ． 华 南理 工 大 学环 境 与 能源 学 院 ， 广州 ５ １ ０ ０ ０ ６ ２ ． 西 南 大 学 动物 科 技 学 院 水 产 科 学重 庆 市 市 级 重 点 实验 室 ， 重庆 ４ ０ ０ ７ １ ５
Ｗｕ Ｈ Ｙ ， Ｄ ｉ ｎ ｇ Ｓ Ｈ． Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ａ ｎ ｄ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｔ ｏ ｉ ｆ ｃ ｏ ｂｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｅ ｎ ｄ ｏ ｓ ｕ ｌ ｆ ａ ｎ［ Ｊ 】 ． Ａｓ ｉ ａ ｎ Ｊ ｏ ｕ ｎａ ｒ ｌ ｏ ｆ ｇ ｃ ｏ ｔ ｏ ｘ －
物 也 带来 了 一定 的 毒性 效 应 。 由 于其 半 衰 期 较 长 、 迁移能 力强 、 富集性 高 ， 在 水 体 环 境 中 已普 遍 检 测 出 硫 丹 的 存 在 ， 因此 ， 对 硫 丹 的水 生 生 态 安 全 性 评 价 显 得 十分 重 要 。硫 丹 对 水 生 生 物 具 有 高 毒 性 ， 它 可影响 生物正 常受体配体 作用 、 损伤生 物膜 、 影 响 活 性 氧 代谢 并 具 有潜 在 的 内分 泌 干扰 作 用 。本 文 介 绍 了 硫 丹 的 环 境 行 为 效 应 ， 并 综 述 了硫 丹 对 水 生 生 物 的 毒 性 及 几 种 致
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ４ — １ ０ — １ ５ 录 用 日期 ： ２ ０ １ ５ — ０ ２ — ０ ６
摘要 ： 有 机 氯 农 药 硫 丹 作 为 一 种 典 型 的持 久 性 有 机 污 染 物 （ Ｐ ＯＰ ｓ ） 曾 广 泛 应用 于农 业 生 产 ， 我 国 曾 大 量 使 用 。硫 丹 作 为 一 种 重 要 的 污 染 物 通 过地 表径 流 、 淋、 溶、 干／ 湿沉 降等 方 式 进 入 水 体 ， 在直接影 响大型水生植 物和浮游 藻类 的同时 ， 给 鱼 态 毒 理 学 报
Ａｓ ｉ ａ ｎ Ｊ ｏ ｕｒ ｎａ ｌ ｏｆ Ｅ ｃ ｏ ｔ ｏ ｘ ｉ ｃ ｏ ｌ ｏｇ ｙ
Ｖｏ１ ．１ ０ ， ２ ０１ ５ Ｎｏ２，１ １ ３ － １ ２ ２
第 ２期 ， １ １ ３ — １ ２ ２
Ｃｈｏ ｎｇｑｍ ｇ ４ ０ ０ ７１ ５ ，Ｃｈｉ ｎａ
Ｒｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｄ １ ５ Ｏｃ ｔ ｏ ｂｅ ｒ ２ ０１ ４
ａ ｃ ｃ ｅ ｐｔ ｅ ｄ ６ Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕａ ｒ ｙ ２ ０１ ５
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａ ｓ ａ ｔ ｙ ｐｉ ｃ ａ ｌ ｐｅ ｒ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｎ ｔ ｏｒ ｇａ ｎｉ ｃ ｐｏｌ ｌ ｕｔ ａ ｎ ｔ ｓ ， ｅ ｎ ｄｏｓ ｕ￣ａ ｎ， ｔ ｈｅ ｏｒ ｇａ ｎ ｏｃ ｈｌ ｏ ｒ ｉ ｎ ｅ ｐｅ ｓ ｔ ｉ ｃ ｉ ｄｅ ， ｈａ ｓ ｂ ｅ ｅ ｎ ｗｉ ｄｅ －
ＤＯＩ ： １ ０ ． ７ ５ ２ ４ ／ ＡＪ Ｅ． １ ６ ７ ３ — ５ ８ ９ ７ ２０ １ ４１ ０ １ ５ ０ ０ ２
武焕阳， 丁诗华． 硫 丹 的 环 境行 为及 水 生 态 毒 理 效 应 研 究 进 展 ［ Ｊ 】 ＿ 生态毒理学报， ２ ０ １ ５ ， ｌ ０ （ ２ ） ： １ １ ３ ． １ ２ ２
毒机制 ， 展 望 了 该 领 域 今 后 的 研究 重 点 和 方 向 。
关键 词 ： 硫丹 ； Ｐ Ｏ Ｐ ｓ ； 水生生物 ； 环境行为 ； 毒 理 效应
文章 编 号 ： １ ６ ７ ３ ・ ５ ８ ９ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ２ — １ １ ３ — １ Ｏ 中图分类号 ： Ｘ １ ７ １ ． ５ 文献标识码 ： Ａ
ｌ ｙ ｕｓ ｅ ｄ ｉ ｎ ａ ｇ ｉｃ ｒ ｕｌ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｐｒ ｏｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏｎ ｎ ｉ Ｃｈｉ ｎａ ．Ｅ ｎｄｏ ｓ ｕ￣ ａ ｎ ｃ ｏ ｕｌ ｄ ｇ ｏ ｉ ｎｔ ｏ ｔ ｈｅ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｅ ｎｖ ｒ ｏ ｎｍｅ ｎ ｔ ｔ ｈ ｒ ｏ ｕｇ ｈ ｔ ｈｅ ｓ ｕｒ －