微塑料對(duì)魚(yú)類(lèi)毒性效應(yīng)研究進(jìn)展

張圓圓

（1.河南省水產(chǎn)科學(xué)研究院, 鄭州 450044；2.上海海洋大學(xué)農(nóng)業(yè)部魚(yú)類(lèi)營(yíng)養(yǎng)與環(huán)境生態(tài)研究中心， 上海 210306）

微塑料（Microplastics，MPs）， 即粒徑小于5 mm的塑料， 常見(jiàn)化學(xué)成分有聚乙烯 （PE）、 聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）等，是全球新興的一種污染物。 2004年， 英國(guó)科學(xué)家辛普森首次在《Science》雜志上將直徑小于5 mm的塑料顆粒、纖維或薄膜等定義為微塑料。 隨后，各國(guó)科學(xué)家相繼在海洋、湖泊、河流、南極洲甚至人類(lèi)血液中發(fā)現(xiàn)了高豐度的微塑料， 微塑料污染被列入環(huán)境與生態(tài)科學(xué)研究領(lǐng)域的第二大科學(xué)問(wèn)題，成為與全球氣候變化、臭氧耗竭等并列的全球重大環(huán)境問(wèn)題。 微塑料體積小，比表面積大，吸附污染物的能力強(qiáng)，伴隨著河流、湖泊、泥沙及徑流等進(jìn)入到水體后，被生物體吞食，對(duì)魚(yú)類(lèi)生殖、生長(zhǎng)、代謝、免疫、行為等生理活動(dòng)產(chǎn)生影響，同時(shí)也會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害人類(lèi)健康。

我國(guó)是世界上最大的塑料生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，2021年我國(guó)生產(chǎn)了1.1億t塑料，進(jìn)口3397萬(wàn)t，生產(chǎn)塑料制品8000多萬(wàn)t， 消費(fèi)塑料飲料瓶大約2000億個(gè)。塑料垃圾的去向有3種，分別是回收、焚燒或廢棄在環(huán)境中。 我國(guó)塑料廢棄物回收和管理處于較低水平，廢舊塑料的回收利用率約25%， 焚燒處理部分約占約30%，剩下約45%隨意堆放或通過(guò)填埋處置留在環(huán)境中。 這些被丟棄的塑料留置在環(huán)境當(dāng)中，經(jīng)風(fēng)化、分解和破碎等過(guò)程轉(zhuǎn)化為微塑料。

1 微塑料的分類(lèi)

微塑料按來(lái)源可分為兩類(lèi)：（1） 初生微塑料：是指工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程之初就被制備成的微米級(jí)的塑料顆粒。 如日常生活使用的洗滌劑、牙膏、護(hù)膚品、化妝品中添加的塑料微珠和樹(shù)脂顆粒等， 這些顆粒通過(guò)污水處理廠、地表徑流等最終排入水環(huán)境中；（2）次生微塑料：是由大型塑料垃圾如塑料袋、塑料瓶、塑料盒、包裝袋、塑料玩具等，在環(huán)境中經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)和生物等過(guò)程，分裂或降解而形成的塑料顆粒，在生態(tài)環(huán)境中循環(huán)存在。

微塑料按形狀可分為四類(lèi)：（1） 纖維類(lèi)微塑料：由于衣物的洗滌、磨損等因素，導(dǎo)致纖維脫落并通過(guò)廢水排入水體中，進(jìn)而形成纖維類(lèi)微塑料。 這類(lèi)微塑料的直徑通常在1～100 um之間；（2） 顆粒類(lèi)微塑料：也就是通常所說(shuō)的“微珠”，主要存在于某些個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品清潔劑以及塑料制品中， 這些微珠通常會(huì)被生物吸收，并通過(guò)食物鏈傳播，其直徑普遍在5 um～5 mm之間；（3）泡沫類(lèi)微塑料：這種微塑料類(lèi)型非常常見(jiàn)，主要存在于物流行業(yè)、食品包裝行業(yè)等。 這些泡沫類(lèi)微塑料的大小不規(guī)則，數(shù)量眾多，大小通常在5 mm左右；（4）碎片類(lèi)微塑料：這種類(lèi)型的微塑料屬于中等大小的微塑料，其直徑在5 mm以上，通常來(lái)自于塑料袋、食品包裝袋、塑料瓶等。 據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，纖維類(lèi)和碎片類(lèi)約占微塑料總量的91%。

2 微塑料的危害

微塑料的危害主要包括三個(gè)方面：（1）微塑料會(huì)釋放本身攜帶的有毒有害物質(zhì)。 在塑料制品的制作過(guò)程中， 往往會(huì)添加包括內(nèi)分泌干擾化合物類(lèi)的添加劑， 這些添加劑可以從塑料碎片中釋放到水生態(tài)系統(tǒng)中，并進(jìn)一步進(jìn)入食物鏈、食物網(wǎng)，導(dǎo)致生物體內(nèi)毒素日漸富集；（2）微塑料比一般塑料更容易吸附有毒有害物質(zhì)。 微塑料表面積大，疏水性強(qiáng)，可作為重金屬和有機(jī)污染物等化學(xué)污染物的重要載體，其對(duì)周?chē)h(huán)境中化學(xué)污染物的吸附和積累會(huì)隨著時(shí)間呈指數(shù)增長(zhǎng)；（3）對(duì)水生生物有毒害作用從而影響生態(tài)環(huán)境及人類(lèi)健康。 微塑料和相關(guān)毒素在生物體是有累積效應(yīng)的, 被生物攝食后會(huì)在消化系統(tǒng)中積累，阻塞消化道，降低食欲，還會(huì)進(jìn)入消化循環(huán)系統(tǒng)和組織，影響酶活性，或者在體內(nèi)的降解過(guò)程中，單體和添加劑會(huì)從聚合物基體中釋放出來(lái)， 對(duì)生物體造成負(fù)面影響。 在世界范圍內(nèi)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過(guò)2000 種水生物種攝入了塑料顆粒。相關(guān)研究表明，全球范圍內(nèi)漁業(yè)資源逐年減少的同時(shí)， 魚(yú)類(lèi)受到的微塑料污染正在不斷加劇， 全球大部分地區(qū)50%及以上的魚(yú)類(lèi)受到微塑料污染， 只有歐洲北部和一些深海海域的魚(yú)類(lèi)受污染較輕。在中國(guó)，大約有256 種水生動(dòng)物被確定會(huì)攝入微塑料，如三峽庫(kù)區(qū)重慶段各水域12個(gè)水體樣本中微塑料的檢出率為50%， 上海主要河流魚(yú)類(lèi)微塑料平均檢出率為59.78%， 平均檢出率和豐度上處于中等偏下的水平， 一定程度上反映了當(dāng)?shù)貤h(huán)境的污染程度。

3 微塑料的污染途徑

目前在海洋無(wú)脊椎動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)、海龜和其他大型海洋動(dòng)物中的腸道中均檢測(cè)到不同風(fēng)度的微塑料富集， 其中包括一些被人類(lèi)消費(fèi)或具有重要生態(tài)學(xué)作用的物種。 微塑料進(jìn)入魚(yú)體內(nèi)包括水源暴露和食源暴露兩種途徑。水源暴露是指微塑料經(jīng)過(guò)鰓、皮膚等進(jìn)入魚(yú)體，進(jìn)而對(duì)其呼吸系統(tǒng)造成影響；食源暴露是指魚(yú)類(lèi)吞食附著了微塑料的食物， 導(dǎo)致微塑料直接進(jìn)入其胃腸道， 通過(guò)攝食進(jìn)入體內(nèi)的微塑料停留時(shí)間比通過(guò)鰓的停留時(shí)間要短。首先，微塑料由于粒徑微小，處于很多水生生物的理想攝食體積范圍，且大部分附著在食物表面， 水生動(dòng)物的攝食機(jī)制很難區(qū)分出微塑料與食物，易被水體及沉積物中的濾食性、懸浮物和碎屑攝食者主動(dòng)捕食。 相對(duì)于選擇性攝食魚(yú)類(lèi)，具有非選擇性攝食策略的生物，例如濾食性生物和食碎屑生物， 比選擇性攝食者更容易攝取微塑料。同時(shí)也有研究進(jìn)一步表明，由于水體沉積物中微塑料大量富集， 底棲動(dòng)物食性生物比浮游動(dòng)物食性生物和廣食性生物體內(nèi)微塑料含量更為豐富；其次，微塑料還可通過(guò)食物鏈、食物網(wǎng)傳遞，高營(yíng)養(yǎng)級(jí)魚(yú)類(lèi)可通過(guò)攝食體內(nèi)含有微塑料的低營(yíng)養(yǎng)級(jí)水生動(dòng)物而間接攝入微塑料， 納米級(jí)聚苯乙烯微粒可通過(guò)牧食食物鏈（如藻類(lèi)－浮游動(dòng)物－魚(yú)類(lèi)）進(jìn)行傳遞，并對(duì)魚(yú)類(lèi)的脂類(lèi)代謝和行為產(chǎn)生影響。 例如，蟹類(lèi)可通過(guò)攝食直接暴露于微塑料的貝類(lèi)間接攝入微塑料， 須鯨可通過(guò)攝食浮游生物間接攝入微塑料。 但也有研究表明， 生物體對(duì)微塑料有一定的主動(dòng)排斥或回避作用，機(jī)體可通過(guò)生成“假糞”將消化道內(nèi)的微塑料排出，微塑料再次進(jìn)入水體，通過(guò)呼吸或攝食進(jìn)入魚(yú)類(lèi)體內(nèi)，循環(huán)往復(fù)。

4 微塑料的污染效應(yīng)

對(duì)生殖系統(tǒng)的影響： 微塑料暴露對(duì)魚(yú)類(lèi)生殖的影響因物種而異，但多數(shù)研究結(jié)果表明，微塑料暴露造成魚(yú)類(lèi)的生殖細(xì)胞質(zhì)量、繁殖能力、精子游動(dòng)速度和后代質(zhì)量等顯著降低。 其中有微塑料對(duì)性腺的直接作用，如納米微塑料會(huì)在斑馬魚(yú)性腺中積累；也有微塑料對(duì)性腺的間接作用， 如微塑料可以通過(guò)下丘腦-垂體-性腺軸，延緩雌性海水青鳉魚(yú)性腺的成熟。王林林等的研究表明，PVC 微塑料可以干擾黃河鯉幼魚(yú)性腺發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)， 誘導(dǎo)生殖細(xì)胞的異常增殖，從而影響其性腺的發(fā)育。 趙佳等將斑馬魚(yú)胚胎和出生5 d 的幼魚(yú)暴露在不同濃度的0.5 μm 和10 μm的聚苯乙烯微塑料中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微塑料對(duì)斑馬魚(yú)的影響與濃度和粒徑均有相關(guān)性，濃度越高，胚胎孵化率和幼魚(yú)成活率越低，粒徑越小，越容易在腸胃道內(nèi)積累。

對(duì)代謝系統(tǒng)的影響： 聚苯乙烯微塑料暴露顯著影響了斑馬魚(yú)肝臟中GK、HK1、PK、PEPCK等糖脂代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄水平， 抑制了三羧酸循環(huán)相關(guān)酶的活性，降低了葡萄糖和甘油三酯水平，影響了斑馬魚(yú)的肝臟代謝紊亂。 聚乙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯暴露則抑制了牡蠣的脂質(zhì)代謝,而能量代謝酶的活性則被激活。 對(duì)紅鰲螯蝦的研究也表明，聚苯乙烯微塑料暴露導(dǎo)致紅鰲螯蝦血淋巴和肝胰腺中脂質(zhì)和脂肪酸含量下降, 顯著影響其脂質(zhì)代謝。

對(duì)消化系統(tǒng)的影響： 消化道作為微塑料存在的主要器官， 微塑料對(duì)魚(yú)類(lèi)消化道的最直接影響是腸道損傷，不同部位損傷程度不同，與腸道前端、中部相比，末端腸道損傷最嚴(yán)重。 如多項(xiàng)研究表明，不同濃度的聚苯乙烯微塑料暴露造成大黃魚(yú)、斑馬魚(yú)、貽貝、白蝦、中華絨螯蟹等的腸道菌群組成和多樣性發(fā)生了改變，導(dǎo)致腸道損傷和菌群失調(diào)，具體表現(xiàn)為腸細(xì)胞分裂、絨毛破裂等，對(duì)水生動(dòng)物造成永久傷害。其次是影響消化道對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或有毒物質(zhì)( 如銅、銀) 的吸收。 如將海膽幼蟲(chóng)暴露于不同濃度聚苯乙烯微塑料中發(fā)現(xiàn)， 微塑料在海膽消化道中大量積累, 嚴(yán)重影響其攝食率，最終損害海膽營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝入并造成死亡。

5 總結(jié)

微塑料污染已成為世界性污染問(wèn)題， 對(duì)水生動(dòng)物、人類(lèi)均造成了不同程度的危害，務(wù)必引起人們的高度重視。未來(lái)，可通過(guò)源頭減量、替代使用、加強(qiáng)回收、逐步清理等措施加強(qiáng)微塑料治理，并號(hào)召人們積極配合限塑令、垃圾分類(lèi)等政策，為改善全球生態(tài)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。