微塑料浸提液的生物毒性研究

趙一默 海睿洋 王伊妹 張志婷 高禹 陳蕾

摘 要：水體環境中微塑料的污染已引起人們普遍的關注。由于塑料制品的生產過程中常使用多種添加劑，這些添加劑在后續的使用、廢棄過程中會不斷釋放出來，對生物體產生毒害。本文以聚氯乙烯塑料袋破碎而成的微塑料顆粒為對象，采用種子發芽抑制試驗和蠶豆根尖微核試驗研究微塑料顆粒浸提液的急性生物毒性和遺傳生物毒性。研究結果對評價水體中微塑料的生態風險有著重要的意義。

關鍵詞：微塑料; 浸提液; 急性毒性; 遺傳毒性

中圖分類號：X171.5? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ?文章編號：1006-3315（2021）7-096-002

塑料工業的迅速發展給人們的生活帶來了巨大的便利。然而大量的塑料垃圾排放到環境中，已經引起了嚴重的環境污染問題。粒徑小于5mm的小顆粒塑料通常被稱為微塑料。在環境中具有持久性，能抑制生物生長、改變相關酶活性及增加生物死亡率等。還可在生物體內累積，甚至威脅到人類的健康[1]。微塑料已普遍存在于全球各大海洋環境中，從表層海水到深層海水、沉積物，從內海到外海，從兩極到赤道，并常在大洋環流區及海岸帶富集[2]。而陸地淡水及土壤環境中微塑料的污染也同樣存在，部分地區飲用水源水中也檢測到了微塑料。淡水環境中微塑料污染的調查顯示美國、意大利、印度等國外諸多內陸河流表層水與沉積物中均存在微塑料的污染。而中國的長江、太湖、漢江、珠江等表層水體中微塑料的濃度范圍達3.4～19860 item/m3[3]。塑料制品的生產過程中常使用阻燃劑、增塑劑、抗氧化劑、穩定劑等多種添加劑。但這些化合物并未聚合到高分子碳鏈上，后續會不斷釋放出來，對生物體產生毒害作用[4]。本文采用種子發芽抑制試驗和蠶豆根尖微核試驗研究聚氯乙烯塑料袋破碎而成的微塑料顆粒的浸提液的生物毒性。

1.材料與方法

實驗材料包括氫氧化鈉（分析純）、冰乙酸（分析純）、堿性品紅、偏重亞硫酸鈉（分析純）、一次性聚氯乙烯塑料垃圾袋、白菜種子、松滋青皮豆、超純水等。

卡諾試液：無水乙醇（95%乙醇）3份加冰乙酸1份配成。

席夫氏（Schiff）試劑：稱0.5g堿性品紅加超純水100mL，置三角燒瓶中煮沸5min，并不斷攪拌使之溶解。冷卻到58℃時，過慮于深棕色試劑瓶中，待濾液冷至25℃時再加入10mL 1mol/L HCL和1g偏重亞硫酸鈉充分震蕩使其溶解，置于暗處至少24h至透明無色。

將聚氯乙烯塑料垃圾袋手工破碎為5mm以下的碎片，稱取1g塑料碎片，于20mL超純水中分別浸提1天、7天、15天、30天，過濾后收集浸提液。種子發芽試驗和蠶豆根尖微核試驗參照國家環保總局《水和廢水監測分析方法》（第四版）[5]。將白菜種子置于石英砂表層，加入受試液5ml，用錫紙包好置于培養箱中，在25±1℃下培養24h后，統計種子發芽率。將蠶豆浸種催芽后，用受試樣品液處理根尖并恢復培養，加卡諾式固定液固定根尖細胞，采用席夫氏試劑進行染色、制片，最后在顯微鏡下識別微核，計算微核率。采用超純水進行對照試驗。

2.實驗結果與討論

微塑料浸提液的急性毒性采用白菜種子發芽的抑制率表示，如圖1所示。隨著浸提時間的延長，白菜種子發芽率逐漸降低，當浸提時間從15天增加到30天時，白菜發芽率的降低幅度變小，說明微塑料浸提液中存在抑制種子發芽的化學成分。微塑料浸提液的遺傳毒性采用蠶豆根尖微核率表示，結果如圖2所示。與圖1相似，隨著浸提時間的延長，蠶豆根尖的微核率逐漸增高，當浸提時間從15天增加到30天時，豆根尖的微核率的增加幅度變小，說明微塑料浸提液中的化學成分能對生物產生遺傳毒性。

從圖1和圖2可以看出，隨著浸提時間的延長，有害成分的浸出量逐漸增加，對生物能產生顯著的急性毒性和遺傳毒性。當浸提15天之后，有害成分的浸出濃度趨于穩定。據報道，鄰苯二甲酸酯類是最常用的一類塑料增塑劑，添加比例通常較高，在聚氯乙烯等塑料制品中的添加比例達10～60%（按重量計），也是公認的環境內分泌干擾物與致癌物[5]。因此，本研究中微塑料的浸提液呈現出的急性毒性和遺傳毒性很可能來自鄰苯二甲酸酯類的塑料添加劑的釋放。

3.小結

通過采用種子發芽抑制試驗和蠶豆根尖微核試驗研究聚氯乙烯塑料袋破碎而成的微塑料顆粒的浸提液的生物毒性，結果發現隨著浸提時間的延長，有害成分的浸出量逐漸增加，對生物能產生顯著的急性毒性和遺傳毒性。當浸提15天之后，有害成分的浸出濃度趨于穩定。根據文獻推測微塑料浸提液的急性毒性和遺傳毒性可能來自鄰苯二甲酸酯類的塑料添加劑的釋放。后續將進一步對浸提液中的化學成分進行鑒定，并對其浸出動力學開展研究，這對評價水體中的微塑料的生態風險有著重要的意義。

資助項目：江蘇省大學生實踐創新訓練計劃項目，編號：202010298036Z

參考文獻：

[1] Sharma S， Chatterjee S. Microplastic pollution， a threat to marine ecosystem and human health： a short review[J] Environmental Science and Pollution Research， 2017， 24：21530-21547

[2] Auta H S， Emenike C U， Fauziah S H. Distribution and importance of microplastics in the marine environment： A review of the sources， fate， effects， and potential solutions[J].Environment International， 2017， 102：165-176

[3] Li J， Liu H， Chen J P. Microplastics in freshwater systems： A review on occurrence， environmental effects， and methods for microplastics detection[J]Water Research， 2018， 137：362-374

[4]魏復盛.水和廢水監測分析方法[M]第四版.北京.

[5]Hermabessiere L， Dehaut A， Paul-Pont I， Lacroix C， Jezequel R， Soudant P， Duflos G. Occurrence and effects of plastic additives on marine environments and organisms： a review[J]Chemosphere， 2017，182：781-793