不同粒径轮胎微塑料对大型溞的慢性毒性研究_王宁.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:福建省高校产学合作项目(2022N5002);华侨大学引进人才科研启动项目(605-50Y19047)第一作者:王宁(1988),女,博士,研究方向为生态毒理学,E-mail: *通信作者(Corresponding author),E-mail:DOI:10.7524/AJE.1673-5897.20221014002王宁,王梅,徐晨馨,等.不同粒径轮胎微塑料对大型溞的慢性毒性研究J.生态毒理学报,2022,17(6):69-76Wang N,Wang M,Xu C X,et al.Chronic toxicity of tire-derived microplastics of different sizes toDaphnia magnaJ.Asian Journal of Ecotoxicology,2022,17(6):69-76(in Chinese)不同粒径轮胎微塑料对大型溞的慢性毒性研究王宁1,王梅2,徐晨馨2,许心怡2,谭巧国2,罗专溪1,*1.华侨大学化工学院,厦门 3610212.厦门大学环境与生态学院,厦门 361102收稿日期:2022-10-14 录用日期:2022-11-28摘要:轮胎微塑料是环境中微塑料的重要来源之一,而关于环境浓度轮胎微塑料长期暴露的慢性毒性研究相对较少,其毒性机制尚不明晰。本文以大型溞为受试生物,研究不同粒径(依次过 100 目、150 目和 200 目筛)轮胎微塑料对大型溞的存活、蜕皮和繁殖的影响,并通过测定大型溞体内重金属累积量及蛋白质/脂肪比值变化来分析轮胎微塑料的致毒机制。结果表明,轮胎微塑料暴露组中大型溞的死亡率均20%,轮胎微塑料对大型溞蜕皮数和平均产幼数均无明显的不利影响,但对存活率的影响与颗粒粒径相关,在 0.5 mg L-1时存活率随粒径的减小而升高,62.5 mg L-1时则刚好相反。此外,暴露在 62.5 mg L-1轮胎微塑料悬浮液中大型溞初次生产的时间推迟 3 5 d,内禀增长率降低,这可能是由轮胎微塑料的摄入所导致的。摄入的轮胎微塑料本身对大型溞肠道造成刺激,并在其体内释放有害物质,这从暴露后大型溞体内重金属 Co、Cu 和 Zn 含量的增加可以看出。因此,环境相关浓度下轮胎微塑料的摄入对水生生物(如大型溞)造成的负面影响很小,但道路冲刷雨水的直接受纳水体可能会因为轮胎微塑料的存在而威胁水生生态系统健康。关键词:轮胎微塑料;大型溞;慢性毒性;毒性机理;重金属文章编号:1673-5897(2022)6-069-08 中图分类号:X171.5 文献标识码:AChronic Toxicity of Tire-derived Microplastics of Different Sizes to Daph-nia magnaWang Ning1,Wang Mei2,Xu Chenxin2,Xu Xinyi2,Tan Qiaoguo2,Luo Zhuanxi1,*1.College of Chemical Engineering,Huaqiao University,Xiamen 361021,China2.College of the Environment and Ecology,Xiamen University,Xiamen 361102,ChinaReceived 14 October 2022 accepted 28 November 2022Abstract:Tire-derived microplastics(TMPs)are recognized as a major source of microplastic in the environment.However,studies on the toxicity of TMPs are limited,and their associated toxicity mechanism still remains unclear.Thus,we investigated the chronic toxicity effects of the presence of TMPs,by exposingDaphnia magna(D.mag-na)to TMPs of three different size ranges(by successively sieving through three sieves with a mesh-number of100,150,and 200 respectively)at two different concentrations(0.5 mg L-1and 62.5 mg L-1).The mortality,molt-ing and reproduction ofD.magnawere selected as toxicity endpoints,and the related toxicity mechanism was dis-cussed based on the change of the metal concentrations and the protein-to-lipid ratios of organism tissue.The toxic-70 生态毒理学报第 17 卷ity results showed that the 21-d mortality ofD.magnaat all exposed conditions were less than 20%,and no signif-icant adverse effects on the molting and reproduction.Particularly,larger TMPs were more toxic toD.magnaat thelower concentration of TMPs(0.5 mg L-1),whereas smaller TMPs were more toxic at higher exposure concentra-tion(62.5 mg L-1).Further,higher concentration of TMPs influenced the reproduction ofD.magnaby delayingthe time of the first brood for 3 5 d.As evidenced by elevated tissue metal concentrations,these toxic effects atthe higher concentration TMPs treatment were likely attributed to ingestion of TMPs,which may irritate the physio-logical activity of guts in the organism and release toxic chemicals to the organism.These findings suggest thatlong-term exposure to environmentally-realistic levels of TMPs causes no to low level of toxicity to the aquatic or-ganism such asD.magna,yet the health of aquatic ecosystem that receives direct input of road runoff may be in-fluenced by the presence of high concentration of TMPs.Keywords:tire-derived microplastics;Daphnia magna;chronic toxicity;toxicity mechanism;heavy metals 微塑料是指尺寸10 g L-1,而当温度升高至 44 时,浸出液对大型溞的 LC50值降低至 5 g L-1。以上研究均是用轮胎微塑料浸出液进行的短期急性毒性测试,所使用的轮胎微塑料浓度也比实际环境中的浓度高出多个数量级。与以上实验室暴露不同,真实水环境中的轮胎微塑料暴露是直接、低剂量而长时间的,其毒性效应尚不明晰。因此,开展轮胎微塑料对水生生物的毒性研究,尤其是环境浓度下的慢性毒性研究,对评估其生态风险具有重要意义。本文以不同粒径的轮胎微塑料为研究对象,使用大型溞作为受试模式生物,研究轮胎微塑料对大型溞的死亡率、蜕皮频率和繁殖力的影响,并通过测定大型溞体内各种金属的含量,以及蛋白质/脂肪来初步探究轮胎微塑料的慢性毒性机理,以期为正确评估轮胎微塑料生态风险提供科学依据。1 材料与方法(Materials and methods)1.1 实验材料及生物实验使用的轮胎微塑料为实验室自制;将废弃汽车轮胎剪碎后放入研磨机(Tube Mill control,广州艾卡仪器公司,中国)中反复研磨,研磨粉末依次过100 目、150 目和 200 目筛湿筛,收集过筛后不同粒径范围的轮胎微塑料。受试生物大型溞(Daphnia magna)培养于光照培养箱(HP1500G 型,武汉瑞华仪器,中国)中,培养温度为 22,光暗周期为 14 h/10 h,培养用水为脱氯自来水,并每日喂食斜生栅藻。毒性测试开始前,将待产的母溞分离培养,次日即可获得日龄1 d 的幼溞用于实验。1.2 研究方法1.2.1 轮胎微塑料的物理化学性质表征对制备好的轮胎微塑料颗粒进行颗粒密度、形貌与粒径以及重金属含量等理化性质表征。通过观察轮胎微塑料在不同密度溶液中的漂浮、悬浮和沉底状态来测量其密度范围。使用扫描电镜(S-4800,日立公司,日本)和激光粒度仪(MS2000,马尔文公司,英国)测定轮胎微塑料颗粒的形貌和粒径。使用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS;7700 x,安捷伦公司,美国)测定轮胎微塑料中 Na、Mg、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Ag、Cd 和 Pb 等金属的含量。1.2.2 轮胎微塑料对大型溞的慢性毒性测试大型溞慢性毒性实验设置 6 个轮胎微塑料暴露组、1 个阳性对照组(Cr 浓度 20 gL-1的 K2Cr2O7溶液)和 1 个阴性对照组(脱氯自来水),每组 3 个平第 6 期王宁等:不同粒径轮胎微塑料对大型溞的慢性毒性研究71 行。其中轮胎微塑料暴露组包括了 3 个微塑料粒径(100 目、150 目、200 目)和 0.5 mgL-1、62.5 mgL-1(预实验显示此浓度对大型溞的生产具有负效应)2个颗粒浓度。毒性测试在光照培养箱中进行(与大型溞培养条件相同)。向每个盛有 200 mL 暴露液的 250 mL锥形瓶中加入 20 只日龄1 d 的幼溞进行暴露。锥形瓶置于振荡器(HY-2 型,国华电器有限公司,中国)上,转速 30 r min-1,使轮胎微塑料悬浮。暴露持续 21 d,每日定时喂食斜生栅藻一次,喂食浓度为 5105cells mL-1。每 2 d 更新一次暴露液。暴露期间每日观察,记录死亡数、蜕皮数、产幼数,同时将新生幼体取出,并用显微镜观测死亡的大型溞以及大型溞蜕皮。21 d 暴露结束后,收集存活的大型溞,用去离子水清洗后,置于 2 mL 离心管中,放入液氮冷冻,并冷冻干燥。冻干后大型溞称取干质量,用于测定金属元素浓度。1.3 分析测试方法1.3.1 轮胎微塑料颗粒密度的测定参考 Li 等7的实验方法,使用 NaI 溶液(1.8 gcm-3)、酒精(0.8 g cm-3)和去离子水(1.0 gcm-3),