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水生初级生产者如何响应越来越严峻的微纳米环境-当前的认识和挑战

2020/12/25点击次数:

近日,国际知名环境期刊Journal of Hazardous Materials发表了实验室高光副教的研究成果“Current understanding and challenges for aquatic primary producers in a world with rising micro- and nano-plastic levels”。该研究首次对已发表的微纳米塑料与水生初级生产者相关文章进行定量分析,并结合自身研究,指出目前微纳米塑料生态毒理学研究存在的问题,对未来研究提出了相应的建议。

塑料产品大量使用造成的微纳米塑料污染已成为全球重大环境问题,目前微纳米塑料对海洋动物影响的研究已经大量开展,取得了重要进展和共识,但对初级生产者的影响研究则相对较少,认识比较薄弱且存在不同意见。针对此现状,本研究从已发表的符合Meta分析标准的32篇微塑料&微藻文章中提取了 1222组数据,进行了定量分析与拟合。发现微纳米塑料会降低微藻生长速率,但是EC50(半最大效应浓度)通常高于25 mg/L, 带正电荷的微纳米塑料会导致EC50低于1 mg/L,显示了更大的抑制效应。微纳米塑料也会降低微藻光系统Ⅱ最大光化学效率,降低幅度随着微纳米塑料浓度增加而扩大,随着暴露时间延长而缩小。微藻叶绿素a含量随着微纳米塑料浓度的增加而下降。微藻ROS(活性氧)含量随着微塑料含量和暴露时间的增加而升高,但是SOD(超氧化物歧化酶)活性随着微纳米塑料浓度增加呈现先升高后降低的趋势。相比淡水微藻,微纳米塑料导致海洋微藻产生了更多的SODMDA(丙二醛,表征细胞膜受损程度)。

相对于微藻,现有的研究显示大型水生植物对微纳米塑料具有更高的耐受力,低于100 mg/L的微塑料浓度基本不会对大型水生植物的生长产生影响。大型水生植物会通过吸附、缠绕、插入、包裹等多种方式捕获微纳米塑料,从而对水环境中微纳米塑料起到截留和富集作用,改变微纳米塑料在水环境中的赋存特征和归宿,并通过食物链传递给更高的营养级。

综上,已有的研究显示,水生初级生产者的EC50远远高于目前环境中的微纳米塑料浓度,显示其对微纳米塑料的高耐受性。目前微塑料对初级生产者影响的研究,多使用商品化的PS(聚苯乙烯)微球,且设置浓度过高,而真实环境中聚乙烯、聚酯类和聚丙烯的纤维和碎片占主导,且大都经历了不同程度的老化,因此将来的研究应该更接近“真实环境”;目前的研究大都使用微塑料,而环境中纳米塑料的丰度更高,危害可能更大,今后应该更多开展纳米塑料对初级生产者的影响以及机制研究;虽然微纳米塑料单独对初级生产者的影响有限,但是微塑料是很多物质的良好载体(重金属、持续性有机污染物、细菌、病毒等),因此需要加强微纳米塑料与其他非生物/生物因子的耦合效应研究;微塑料本身被称为“白碳”,除了可以通过影响初级生产者进而影响海洋碳循环之外,本身也会被水环境中的理化(阳光紫外辐射)和生物因子(细菌)所降解,产生数量可观的DOC(溶解有机碳),今后应该在此方面进行深入研究,以理解微塑料污染对海洋碳循环的潜在影响;此外,由于大型水生植物对微纳米塑料具有很高的耐受性及较强的捕获能力,可考虑使用它们富集水环境中的微塑料,进行生态修复。

                                               

微纳米塑料对微藻和大型水生植物的不同影响


实验室高光副教授为第一作者兼通讯作者,2020级硕士研究生赵欣、广州大学金鹏副教授、实验室高坤山教授以及澳大利亚莫纳什大学John Beardall教授为共同作者。


论文来源:

Gao, G*., Zhao, X., Jin, P., Gao, K., & Beardall, J.. Current understanding and challenges for aquatic primary producers in a world with rising micro-and nano-plastic levels. Journal of Hazardous Materials. 2021, 406: 124685.

论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389420326