不同粒径聚苯乙烯微球对长额象鼻溞的毒性效应_于国欣.pdf

第 38 卷第 2 期大连海洋大学学报Vol38 No22 0 2 3 年 4 月JOUNAL OF DALIAN OCEAN UNIVESITYApr 2 0 2 3DOI:1016535/jcnkidlhyxb2022-240文章编号:2095-1388(2023)02-0284-07不同粒径聚苯乙烯微球对长额象鼻溞的毒性效应于国欣1，邵旭东1，曾平平1，张清靖2，曲疆奇2，刘青1*(1.大连海洋大学 辽宁省水生生物重点实验室，辽宁 大连 116023;2.北京市农林科学院水产科学研究所 渔业生物技术北京市重点实验室，北京 100068)摘要:为探究微塑料对淡水生物的生物学毒性效应，选取淡水中常见的浮游动物长额象鼻溞(Bosminalongirostris)为试验动物，在实验室条件下研究了 3 种粒径(0.5、5、20 m)的聚苯乙烯微球(PS)对长额象鼻溞存活、形态和繁殖的影响。结果表明:不同粒径的 PS 对长额象鼻溞的急性毒性均随时间的延长和浓度的增加而增大，各 PS 浓度组长额象鼻溞 24 h 致死率显著高于对照组(P0.05)，0.5、5、20 m 粒径的 PS 对长额象鼻溞的 48 h LC50分别为 21.65、19.26、47.61 mg/L;PS 对长额象鼻溞母体和子代的形态影响显著，3 种粒径 PS 组母体的体长、体高均显著大于对照组(P0.05)，而第一胎幼溞的体长、体高却变小，且显著小于对照组(P0.05)，随着繁殖代数的增加，PS 的影响逐渐减弱，第二胎幼溞的体长与对照组已无显著性差异(P0.05);PS 可延长长额象鼻溞母体寿命，增加其总生殖量及缩短产前发育期，不同粒径 PS 组的内禀增长率均显著大于对照组(P 0.05)，以 0.5 m 粒径组最高，为(0.227 4 0.000 2)d1。研究表明，PS 对长额象鼻溞的存活、形态和繁殖均产生了影响，其毒性大小与粒径、浓度相关，本研究结果可为进一步研究微塑料对水生生物的毒性效应提供参考。关键词:长额象鼻溞;聚苯乙烯微球;粒径;毒性效应;内禀增长率中图分类号:S 917.4;Q 179.2文献标志码:A塑料制品在人类生活中的应用越来越广泛，并发挥着不可替代的作用。据统计，2018 年全球塑料制品总量超过 3.95 亿 t。生活中被遗弃的塑料制品，经过物理、化学和生物降解作用，会进一步分解形成粒径小于 5 mm 的塑料碎片，即微塑料1，并进入水环境2。微塑料垃圾遍及全球水域，在太平洋、大西洋及印度洋均已被检测到。其中，南太平洋微塑料的丰度达到 2.7104个/km23。北美五大湖流域，漂浮在水面的微塑料平均丰度高达4.3104个/km24。中国近海岸、海滩及各淡水流域亦有许多微塑料分布的报道5-6。其中，广东沿海沉积物中微塑料的丰度高达 6 838 个/m37，长江三峡水库水体表层的微塑料丰度为 12.611 1 597 个/m38，武汉北湖水体中的微塑料丰度达到(8 9251 591)个/m39，位于青藏高原东部农业区 的 湟 水 河 中，微 塑 料 的 丰 度 高 达 665 8 780 个/m310。微塑料具有粒径小、比表面积大、疏水性强和难降解等物理化学特性11，水体大量赋存会对生物产生毒性效应，包括改变摄食和繁殖量，降低存活率 和 诱 导 氧 化 应 激 反 应，甚 至 导 致 生 物 死亡12-13。Chae 等14 研究表明，微塑料富集在浮游动物大型溞(Daphnia magna)的肠道内，可从大型溞转移到较高营养级的中华青鳉(Oryzias sinen-sis)鱼体中，即微塑料不仅对生物产生毒性效应，还可以沿着食物链传递，对更高营养级的生物产生影响。此外，微塑料的成分、形状、尺寸和表面特征等性质的差异，均会对水生生物造成不同程度的毒性效应。据 Eltemsah 等15 报道，在粒径为 6 m的聚苯乙烯微球下暴露 48 h，对大型溞无急性毒性，但暴露 120 h 后会引起大型溞死亡;ehse等16 研究了两种粒径范围的聚乙烯微粒(PE)对大型溞的毒性效应，结果表明，110 m PE 对大型溞有毒性作用，90100 m PE 对大型溞无明显毒性作用;方海燕等17 研究发现，在聚氯乙烯微粒(PVC)暴露下，大型溞繁殖能力下降;Zhang等18 研究发现，在纳米级微塑料暴露下，蚤状溞(Daphnia pulex)的繁殖能力减弱且繁收稿日期:2022-08-06基金项目:北京市重大科技计划项目(D151100005915003);北京市自然科学基金(J150003，5162007)作者简介:于国欣(1999)，男，硕士研究生。E-mail:1355610032 通信作者:刘青(1965)，女，教授。E-mail:liuqing 殖模式发生改变。但 De Felice 等19 研究却发现，在微米级微塑料暴露下，大型溞体形变大，后代数量明显增加。上述研究结果均表明，微塑料对水生生物的毒性效应还存在着较多不确定因素，故需要进一步研究。长额象鼻溞(Bosmina longirostris)为节肢动物门(Arthropoda)甲壳纲(Crustacea)枝角目(Diplostraca)象鼻溞科(Bosminidae)象鼻溞属(Bosmina)的浮游动物，其个体小，不及溞属的大型溞、蚤状溞的 1/320，广泛分布于湖泊、水库等水体中，营养丰富，为滤食性鱼类的天然饵料，在中、富营养水体中密度较高21，但微塑料对其毒性的研究鲜见报道。本研究中，分析了不同粒径聚苯乙烯微球对长额象鼻溞的生物毒性效应，以期为水域生态风险评价提供数据参考。1材料与方法1.1材料3 种聚苯乙烯微球(PS)粒径分别为 0.5、5、20 m，密度均为 1.05 g/cm3，购自上海辉质生物科技有限公司，置于 4 冰箱中避光保存。长额象鼻溞采自北京市密云水库，分离后单种培养，每日投喂离心斜生栅藻(Tetradesmus obliquus)，每 3 d换水 1 次，在光照培养箱暂养 6 个月以上。1.2方法1.2.1PS 对长额象鼻溞的急性毒性试验试验开始前，将长额象鼻溞置于(22 1)、光暗比12L 12D 的光照培养箱中培养。将不同粒径的 PS配制成质量浓度为 0.001 g/mL 的储备液，经超声波均匀处理 30 min 后，于 4 冰箱中避光保存。根据预试验结果，3 种粒径的 PS 对长额象鼻溞的急性毒性试验浓度设置略有不同，0.5 m 与5 m 粒径的 PS 质量浓度均设置为 0、5、10、15、20、25、30 mg/L，20 m 粒径的 PS 质量浓度设置为 0、10、20、30、40、50 mg/L。将配制的 PS 储备液稀释至试验浓度，并用超声波处理 30 min 后置于培养箱(22)中。在体式显微镜下挑选出溞龄小于 24 h 的长额象鼻溞，并将其饥饿处理 24 h。在 6 孔细胞培养板的每孔中添加 10 mL PS 稀释液，每孔放入 10 只长额象鼻溞，每个 PS 浓度设置 3 个细胞培养板，即 3 组平行。试验持续 72 h，每隔 24 h 观察长额象鼻溞的死亡情况，长额象鼻溞在 15 s 内不发生活动即判定为死亡，试验结束后，将所有试验长额象鼻溞固定保存。1.2.2PS 对长额象鼻溞的慢性毒性试验根据急性毒性试验 48 h LC50的千分之一浓度设置慢性毒性试验浓度22，在 6 孔细胞培养板的每孔中添加10 mL PS 稀释液，在体式显微镜下挑选出溞龄小于 24 h 的长额象鼻溞，置于对应浓度的 6 孔细胞培养板中(每孔 1 只)，每个 PS 浓度设置 5 个细胞培养板，即 5 组平行，每天更换稀释液，摄食密度为 0.6 mg C/(Ld)的离心斜生栅藻，观察并记录每板每孔中长额象鼻溞母体的存活及产幼情况，及时取出死亡长额象鼻溞母体和新产出的幼溞固定保存。待所有母体死亡后结束试验，并用显微镜观察测量所有长额象鼻溞母体、第一胎和第二胎幼溞的体长(BL)、体高(BH)、触角长(AL)及壳刺长(SL)等形态参数。1.2.3内禀增长率及种群增长参数的计算采用Lotka 提出经 Birch 和林昌善简化的公式23 计算内禀增长率。内禀增长率(rm)、净生殖率(0)、世代周期(T)和周限增长率()计算公式为x=0erm xlxmx=1，0=0lxmx，T=ln0/rm，=erm。其中:x 为日龄(d);lx为 x 日龄时的存活率(%);mx为 x 日龄时的出生率(%)。1.3数据处理试验结果均以平均值标准差(meanS.D.)表示，采用 SPSS 22.0 软件进行单因素方差分析(one-way ANOVA)，采用 Duncan 法进行组间多重比较，显著性水平设为 0.05。2结果与分析2.1不同粒径 PS 处理下长额象鼻溞的急性致死效应从表 1 可见:粒径为 0.5 m 的 PS 对长额象鼻溞的 24 h 急性致死率较低，最高为 24.45%，各PS 浓度组间无显著性差异(P0.05)，但 PS 组与对照组间有显著性差异(P0.05);48 h 时致死率随 PS 浓度的增加而增大，高质量浓度组(25、30 mg/L)与低质量浓度组(520 mg/L)间有显著性差异(P0.05);当试验进行至 72 h 时，除对照组外，其余各组的死亡率均超过 70%，最高达到 85.56%。582第 2 期于国欣，等:不同粒径聚苯乙烯微球对长额象鼻溞的毒性效应表 10.5 m PS 对长额象鼻溞的急性致死率Tab.1Acute mortality of 0.5 m polystyrene microplas-tics to Bosmina longirostrisPS 质量浓度/(mgL1)PS concentration致死率 acute mortality/%24 h48 h72 h0(对照组)8.891.11a23.343.33a42.226.76a518.892.94b24.441.11a70.001.92b1017.782.94b38.891.11b73.333.85b1523.331.93b45.562.94b73.331.93b2023.343.33b45.561.11b71.112.94b2524.454.01b55.561.11c80.003.33bc3021.111.11b58.894.84c85.562.94c注:同列中标有不同字母者表示组间有显著性差异(P0.05)，标有相同字母者表示组间无显著性差异(P0.05)，下同。Note:The means with different letters within the same column are sig-nificantly different in the groups at the 0.05 probability level，and themeans with the same letter within the same column are not significantdifferences，et sequentia.从表 2 可见:粒径为 5 m 的 PS 对长额象鼻溞的 24 h 时急性致死率最高为 24.44%，各 PS 浓度组间无显著性差异(P0.05);48 h 时致死率随PS 浓 度 的 增 加 而 增 大，高 质 量 浓 度 组(25、30 mg/L)与低质量浓度组(520 mg/L)间有显著性差异(P0.05);当试验进行至 72 h 时，各PS 浓 度 组 均 表 现 出 较 高 的 致 死 率，最 高 达90.00%。表 25 m PS 对长额象鼻溞的急性致死率Tab.2Acute mortality of 5 m polystyrene microplasticsto Bosmina longirostrisPS 质量浓度/(mgL1)PS concentration致死率 acute mortality/%24 h48 h72 h0(对照组)8.891.11a23.3