微纳米塑料和有机磷阻燃剂的联合毒性效应研究进展_钟圳.pdf

生态毒理学报Asian Journal of Ecotoxicology第 17 卷 第 6 期 2022 年 12 月Vol.17,No.6 Dec.2022 基金项目:国家自然科学基金面上项目(42176144);上海市教育委员会自然科学重大项目(2023 科技-05-58);浙江省自然科学基金杰出青年项目(LR21D060001)第一作者:钟圳(1997),男,硕士研究生,研究方向为水生动物生态毒理学,E-mail:C *通信作者(Corresponding author),E-mail:yj_#共同通信作者(Co-corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20220816002钟圳,陈肇文,王有基,等.微纳米塑料和有机磷阻燃剂的联合毒性效应研究进展J.生态毒理学报,2022,17(6):37-68Zhong Z,Chen Z W,Wang Y J,et al.Research progress on joint toxicity of micro-nano plastics and organophosphorus flame retardants J.Asian Journalof Ecotoxicology,2022,17(6):37-68(in Chinese)微纳米塑料和有机磷阻燃剂的联合毒性效应研究进展钟圳1,陈肇文1,王有基1,*,黄伟2,#1.上海海洋大学水产与生命学院,上海 2013062.自然资源部第二海洋研究所自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室,杭州 310012收稿日期:2022-08-16 录用日期:2022-12-20摘要:由于塑料制品的广泛使用和处置不当,越来越多的微纳米塑料(micro-nano plastics,MNPs)颗粒被释放到环境中,造成全球范围严重的 MNPs 污染问题。大气、水体和土壤等介质中都检出 MNPs,其比表面积较大,易吸附其他有毒污染物(如重金属离子以及有机磷阻燃剂(organophosphorus flame retardants,OPFRs)等有机污染物),通过载体效应产生复合毒性效应,引发更为复杂的生态风险。OPFRs 的大量应用使之成为另一个遍及全球的环境污染问题,其与 MNPs 一样可汇入海洋生态系统,二者的相互作用复合后造成的联合毒性引起了广泛关注。本文综述了近年来海洋水体、沉积物和生物中 MNPs 和 OPFRs 的污染调查研究结果,分别总结了二者对海洋生物的毒性效应和机制,包括急性毒性、氧化应激、基因和遗传毒性,及其在生殖、生长发育、行为、器官、免疫、神经和内分泌等方面的毒性等;并重点探讨了实际环境中 MNPs 和 OPFRs 相互作用构成复合体系后的联合毒性,从 MNPs 特性以及受试生物的性别差异等方面分析归纳了二者加剧或缓解(与单独暴露比较)毒性效应的机制;最后对 MNPs 和 OPFRs 联合毒性的研究方向进行了展望,建议开展系统性研究,着重探究 MNPs 和 OPFRs 的致毒机制和环境特征,特别是二者沿食物链和食物网的生物累积和放大作用。本文为进一步研究和评价 MNPs 和 OPFRs 在海洋生态系统中的生态风险及其对人类构成的健康风险提供了新的视角和理论基础。关键词:微纳米塑料;微塑料;纳米塑料;有机磷阻燃剂;OPFRs;联合毒性文章编号:1673-5897(2022)6-037-32 中图分类号:X171.5 文献标识码:AResearch Progress on Joint Toxicity of Micro-nano Plastics and Organo-phosphorus Flame RetardantsZhong Zhen1,Chen Zhaowen1,Wang Youji1,*,Huang Wei2,#1.College of Fisheries and Life Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China2.Key Laboratory of Marine Ecosystem Dynamics,Second Institute of Oceanography,Ministry of Natural Resources,Hangzhou310012,ChinaReceived 16 August 2022 accepted 20 December 2022Abstract:More and more micro-nano plastic particles(MNPs)are releasing into the environment due to improperuse and treatment of plastic products,causing a serious environmental problem of MNPs pollution worldwide.The38 生态毒理学报第 17 卷presence of this emerging environmental pollutant has been found in the atmosphere,water bodies,soil,and othermedia.Its large specific surface area makes it easy to adsorb other toxic pollutants(such as heavy metal ions,andorganophosphorus flame retardants(OPFRs),etc.),which pose complex toxic effects through carrier effects,andlead to more complex ecological risks.The massive use of OPFRs has made them another environmental pollutionproblem worldwide.OPFRs,like MNPs,can eventually sink into marine ecosystems,and the combined toxicitycaused by their interactions has attracted widespread attention.This review summarizes the pollution investigationsof MNPs and OPFRs in sea waters,sediments and organisms in recent years,and concludes the toxic effects andmechanisms of MNPs and OPFRs in marine organisms,respectively,including acute toxicity,oxidative stress,geno-toxicity,and toxicity in reproduction,immunity,behavior,nervous and endocrine systems,growth and development.Then,we focus on the joint toxicity of MNPs and OPFRs in the real environment.The aggravating and alleviatingtoxic effects and mechanism of the two were analyzed and summarized from several aspects,such as MNPs charac-teristics,test organisms and gender differences,etc.Finally,the future research directions of the combined toxiceffects of MNPs and OPFRs are prospected,and it is recommended to carry out comprehensive and systematic re-search,focusing on the toxicity mechanism and environmental characteristics of MNPs and OPFRs,especially thebioaccumulation and magnification through food chains and food webs.This review provides a new perspectiveand theoretical basis for further research and evaluation of the ecological risks of MNPs and OPFRs in marine eco-systems and their threats to human health.Keywords:micro-nano plastics;microplastics;nanoplastics;organophosphorus flame retardants;OPFRs;joint tox-icity 自塑料发明至今已有上百年的历史,因其轻便、热塑、气密、耐用和经济等特性以及其应用于广泛领域的新型材料的不断推出,塑料在各个行业和消费市场的生产规模和占有率越来越大。据统计,全球塑料产量从 1950 年的 170 万 t1,迅速增长到 2016年的 3.35 亿 t,2020 年更是达到了 3.67 亿 t2。中国作为塑料生产大国,2016 年塑料总产量超过 1.2 亿t,稳居世界第一,全球总产量占比高达 32%2。可以预见,随着未来我国经济建设及日常生活的需求,国内塑料产业仍将稳定增长3。世界各国塑料垃圾处理的不完善导致塑料进入自然环境中,据估计每年有480 1 270 万 t 的塑料垃圾最终进入海洋生态环境中4,有研究推测,2050 年全球塑料垃圾的累计数量将比当下增加一个数量级5。由于微纳米塑料理化性质相对稳定,难以自然降解,因此会不断地在海洋中累积,使得塑料垃圾成为备受瞩目的环境热点问题之一。自有机高分子材料被人类广泛应用以来,因其易燃的特性使得阻燃剂成了常见的功能性助剂,有机磷阻燃剂(organophosphorus flame retardants,OP-FRs)作为其中一种,在燃烧时可产生磷酸聚合物炭化层从而达到阻燃效果,在纺织行业、电子行业、建筑材料行业和塑料行业等领域都有着广泛的应用,并有着长达 150 多年的历史6。近些年来,溴系阻燃剂如多溴联苯醚(PBDEs)、六溴环十二烷(HBCD)等因其环境持久性、生物蓄积性和毒性等原因被禁用7,而人工合成的有机磷阻燃剂是一种磷酸酯类衍生物,其相较于溴化阻燃剂有更好的阻燃、增塑和润滑等效果,可作为较好的替代品,因此生产量逐年上升,据统计其消耗量在全球范围内从 2001 年的18.6 万 t 增长到 2015 年的 68 万 t8,2019 年更是达到了239 万 t,其中我国占比27%9。OPFRs 根据基团分为 3 类:烷基有机磷阻燃剂(alkyl-OPFRs)、卤代基有机磷阻燃剂(halogenated OPFRs)和芳香基有机磷阻燃剂(aryl-OPFRs),常见的用作阻燃剂的是卤代基 OPFRs,包括磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(2-氯丙基)酯(TCPP,TCIPP)和磷酸三(1,3-二氯-2-丙基)酯(TDCPP,TDCIPP)等,部分常用的 OPFRs(