塑料工業(yè)從上世紀(jì)50年代開始發(fā)展，至2020年微塑料年產(chǎn)量已經(jīng)翻了180多倍，達(dá)到了3.67億噸，毫不夸張地說，我們生活在塑料時代。食品包裝、日用品、塑料制品已經(jīng)占據(jù)了我們的日常生活，帶給我們便利的同時也產(chǎn)生了大量的塑料垃圾。在疫情流行的當(dāng)下，外賣和口罩等防疫物資的大量消耗更是不可避免地導(dǎo)致塑料垃圾的增加。2021年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布的《從污染到解決方案：海洋垃圾和塑料污染全球評估》報告表明，塑料垃圾占據(jù)海洋垃圾的85%，而且塑料垃圾量到2040年還將增加近兩倍。這些塑料在環(huán)境中很難自然降解（其降解時間高達(dá)20-500年），從而成為環(huán)境中持久性污染物。同時，累積的塑料垃圾隨著時間的推移，在風(fēng)化、水力剪切以及生物體干擾下就會形成無數(shù)的微塑料顆粒，造成生態(tài)環(huán)境風(fēng)險進(jìn)一步加劇。
圖1 塑料制品降解時間示意圖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
“微塑料”的概念自2004年首次提出后已經(jīng)逐漸成為環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)關(guān)注的熱點，調(diào)查水體中塑料污染現(xiàn)狀，遏制塑料污染，評估其對生態(tài)環(huán)境的影響，都是我們亟待解決的環(huán)境問題。
2015年，加拿大政府建議將微塑料的大小定義在0.01μm-5mm之間，但在如此大的粒徑范圍內(nèi)，微塑料產(chǎn)生的影響可能由于大小差異產(chǎn)生完全不同的結(jié)果。微塑料粒徑的大小將直接影響它們在水環(huán)境中的遷移，以及是否會被生物體攝食、在生物體內(nèi)的存留時間、在不同器官中的轉(zhuǎn)移甚至是食物鏈之間的傳遞，與生物安全和人類健康都密切相關(guān)。
圖2 微塑料影響示意圖（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）
微塑料有大有小，毒性如何變化？
大小各異的微塑料，其毒性是否會產(chǎn)生粒徑效應(yīng)？針對這一科學(xué)問題，中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所顏昌宙研究組的研究人員開展了深入研究，他們分別在Science of the Total Environment 和 Environmental Pollution上發(fā)表了論文，探索微塑料的粒徑依賴效應(yīng)。選取不同粒徑的聚苯乙烯微塑料作為研究對象，將其暴露于斑馬魚水體中30天，檢測了斑馬魚肝臟和腸道的組織病變、肝臟生物標(biāo)記物響應(yīng)、腸道微生物群落和抗生素抗性基因（ARGs）的變化。
結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微塑料對斑馬魚腸道和肝臟分別造成了不同程度的損傷，而且不同粒徑的微塑料的毒性效應(yīng)呈現(xiàn)出粒徑依賴性：微塑料粒徑越小，對斑馬魚內(nèi)臟組織的損傷程度就越重。在后續(xù)的生物標(biāo)記物響應(yīng)上，研究團(tuán)隊也發(fā)現(xiàn)了相同的變化規(guī)律，微塑料粒徑越小，斑馬魚肝臟中的各種抗氧化酶和轉(zhuǎn)氨酶的響應(yīng)就越劇烈。
圖3 微塑料與抗生素暴露下，斑馬魚肝臟生物標(biāo)記物響應(yīng)
斑馬魚腸道微生物群落同樣在微塑料的暴露下產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)和功能的變化，大粒徑的微塑料增加了腸道微生物的多樣性，而粒徑降到納米級的微塑料則降低了微生物的多樣性。ARGs的變化則進(jìn)一步表明，納米粒徑微塑料暴露后斑馬魚腸道微生物的ARGs的豐度最高，表明其微生物風(fēng)險最高。上述結(jié)果都在向我們強(qiáng)調(diào)納米級微塑料的威力：微生物多樣性的降低意味著腸道菌群更脆弱，ARGs的高豐度則表明更多致病菌的富集。
圖4 微塑料與抗生素暴露下，斑馬魚腸道微生物群落多樣性變化
微塑料還是它們的交通工具
除本身的直接作用外，微塑料亦可作為有機(jī)污染物、重金屬和微生物的載體，在環(huán)境中以及食物鏈之間進(jìn)行傳遞。通過和抗生素的聯(lián)合暴露，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)小粒徑的微塑料增加了抗生素在斑馬魚肝臟中的累積。研究還表明，和大粒徑的微塑料聯(lián)合時，抗生素對斑馬魚的腸道損傷會降低，這可能和微塑料的載體作用有關(guān)，較大粒徑的微塑料在斑馬魚體內(nèi)的存留時間較短，吸附在其上的抗生素隨著微塑料被排出體外。此外，微塑料與抗生素的聯(lián)合暴露還改變了單獨(dú)暴露于微塑料時，斑馬魚肝臟的生物標(biāo)志物響應(yīng)模式，響應(yīng)敏感指標(biāo)產(chǎn)生了變化。而斑馬魚肝臟轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明，納米塑料與抗生素的聯(lián)合暴露增加了多種生物合成、代謝和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的顯著富集。
圖5 納米塑料與抗生素暴露對斑馬魚肝臟功能響應(yīng)的影響
上述結(jié)果對于深入理解和評估不同粒徑的微塑料和抗生素單一和聯(lián)合暴露產(chǎn)生的生態(tài)作用和環(huán)境效應(yīng)具有重要意義。同時這也提示我們?yōu)楸Ｗo(hù)生態(tài)環(huán)境健康，在生產(chǎn)實踐和生活中必須踐行環(huán)保理念，減少一次性塑料制品的使用！
