微塑料對(duì)念珠藻的影響

馮炘　秦于杰　解玉紅

摘要：微塑料（直徑<5mm）污染已經(jīng)是全球關(guān)注的熱點(diǎn)環(huán)境問(wèn)題，其中聚苯乙烯是微塑料污染的主要組成之一。本文研究了聚苯乙烯對(duì)淡水領(lǐng)域廣泛存在的念珠藻和大型蚤的影響，將聚苯乙烯分為不同濃度、不同粒徑對(duì)念珠藻和大型蚤進(jìn)行暴露實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，念珠藻實(shí)驗(yàn)中投加相同濃度時(shí)，150-200μm的顆粒對(duì)念珠藻的密度、生物質(zhì)重及葉綠素影響最大;相同粒徑時(shí)，藻類(lèi)在投加0.12g顆粒時(shí)達(dá)到半致死。在投加0.20g顆粒時(shí)，藻類(lèi)將近全部死亡。

Abstract： Microplastics （diameter <5mm） pollution has become a hot environmental issue of global concern， and polystyrene is one of the main components of microplastics pollution. This paper studies the effects of polystyrene on freshwater widespread Nostoc and Daphnia magna. Polystyrene was divided into different concentrations and different particle sizes for exposure experiments of Candida and Daphnia magna. The experimental results show that when the same concentration is added in the Candida experiment， the particles of 150-200μm have the greatest influence on the density， biomass weight and chlorophyll of Candida; At the same particle size， algae reached semi-lethal when 0.12g particles were added. Almost all algae died when 0.20g of granules were added.

關(guān)鍵詞：微塑料污染;聚苯乙烯;念珠藻

Key words： microplastic pollution;polystyrene;candida

中圖分類(lèi)號(hào)：X172? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0263-04

0? 引言

塑料因其制造成本廉價(jià)、抗腐蝕性強(qiáng)、防水性強(qiáng)、絕緣性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于日用品包裝、交通運(yùn)輸、及國(guó)防和尖端產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。塑料從20世紀(jì)50年代已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模生產(chǎn)及使用，到2018年已經(jīng)生產(chǎn)了83億噸塑料，遠(yuǎn)超其它人工合成材料[1，2]。根據(jù)聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署的調(diào)查估算，全球每年約有800萬(wàn)噸塑料廢品被傾倒入海洋。2014年的一份學(xué)術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，海洋中已積累了超過(guò)5萬(wàn)億個(gè)塑料碎片，總質(zhì)量達(dá)27萬(wàn)噸，與浮游生物的比例已經(jīng)達(dá)到了1：2[3]。

塑料垃圾被排放到環(huán)境當(dāng)中，經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間暴露后，在物理、化學(xué)及生物過(guò)程作用下逐漸分裂形成碎片或顆粒，當(dāng)其被各種因素作用后降解為直徑小于5mm的塑料碎片時(shí)，即為微塑料[4]。微塑料分為次生微塑料和初生微塑料。次生微塑料經(jīng)大塑料降解后產(chǎn)生。直接來(lái)源于個(gè)人護(hù)理品等塑料顆粒工業(yè)產(chǎn)品經(jīng)河流、污水廠[5，6]等排入到環(huán)境中的為初生微塑料。聯(lián)合國(guó)數(shù)據(jù)顯示，海洋中15%～31%的微塑料主要是初生來(lái)源，其中，陸源活動(dòng)占98%[7-11]，其余2%來(lái)自漁業(yè)和運(yùn)輸業(yè)[12]。微塑料污染不僅廣泛出現(xiàn)在海洋中，淡水水域中業(yè)比較常見(jiàn)。2018年年初，中國(guó)海洋科考隊(duì)伍在南極海域發(fā)現(xiàn)了微塑料的存在[13]。

微塑料由于形狀、大小及顏色和很多動(dòng)物的食物相同，所以容易造成動(dòng)物誤食，從而劃傷和阻塞其的消化道，影響動(dòng)物體內(nèi)系統(tǒng)平衡和正常代謝[14]，甚至導(dǎo)致組織病變和炎癥反應(yīng)，降低存活率[15]。同時(shí)微塑料也會(huì)影響藻類(lèi)的光合作用，減少有機(jī)物的積累，從而降低生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力[14]。由于微塑料比表面積大，疏水性強(qiáng)，容易和環(huán)境中的一些有機(jī)污染物產(chǎn)生相互作用[16]，吸附一些重金屬[17]如鉛、鋅等，并且由于微塑料強(qiáng)大的吸附特點(diǎn)，部分材微塑料會(huì)在其表面富集高于環(huán)境濃度百萬(wàn)倍的污染物[18]。而當(dāng)生物攝取這些微塑料后，污染物就會(huì)逐漸釋放出來(lái)，并在生物體內(nèi)轉(zhuǎn)移，從而影響生物的生存[14，19]，隨著食物鏈的傳遞及富集，最終將威脅人類(lèi)乃至整個(gè)生物圈[20]。

根據(jù)目前研究，微塑料污染研究主要集中在海洋微塑料污染上，淡水區(qū)域的微塑料作為海洋為微塑料污染的重要來(lái)源之一，研究相對(duì)較少。本文微塑料以污染中占比很重的聚苯乙烯為例，研究其對(duì)廣泛分布于淡水區(qū)域的念珠藻的影響。根據(jù)不同粒徑不同濃度的聚苯乙烯微粒對(duì)念珠藻的密度、生物量、葉綠素及半致死率進(jìn)行研究。通過(guò)觀察不同粒徑及不同濃度聚苯乙烯顆粒對(duì)念珠藻的影響，對(duì)未來(lái)建立健全的塑料和微塑料管理體系提供科學(xué)依據(jù)及建議。

1? 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料與試劑

聚苯乙烯（PS），由阿拉丁試劑網(wǎng)站上購(gòu)買(mǎi);甲醇（AR），由天津永晟精細(xì)化工有限公司購(gòu)買(mǎi);丙酮（AR）;念珠藻，由中國(guó)淡水藻種庫(kù)購(gòu)買(mǎi)。電子天平（CP224C， China）;臺(tái)式全溫振蕩培養(yǎng)箱（ZQPW-70，China）。

1.2 篩選不同粒徑聚苯乙烯微塑料

將聚苯乙烯顆粒經(jīng)過(guò)40目、60目、80目、100目、150目、360目篩網(wǎng)進(jìn)行分離，得到0-40μm、40-100μm、100-150μm、150-200μm、200-300μm、300-450μm及450μm以上不同粒徑的聚苯乙烯微粒。

1.3 念珠藻暴露實(shí)驗(yàn)

將不同粒徑不同質(zhì)量的聚苯乙烯微塑料顆粒在無(wú)菌操作臺(tái)中經(jīng)紫外光充分滅菌后，分別投加到25mL無(wú)菌條件下培養(yǎng)的生長(zhǎng)狀況相同的念珠藻藻液中。在25℃，2000Lux光照12h，0Lux光照12h條件下培養(yǎng)24h后對(duì)念珠藻的密度、生物量及葉綠素含量進(jìn)行測(cè)量。

聚苯乙烯微塑料粒徑分別為：0-40μm，40-100μm，100-150μmμm，150-200μm，200-300μm，300-450μm，450μm以上。

聚苯乙烯微塑料濃度為：0.00g/25mL，0.02g/25mL，0.04g/25mL，0.06g/25mL，0.08g/25mL，0.10g/25mL，0.12g/25mL，0.16g/25mL，0.20g/25mL。

1.4 生物指標(biāo)測(cè)量

1.4.1 念珠藻葉綠素含量測(cè)量

用1mL移液槍吸取2mL念珠藻藻液置于10mL離心管中，于離心機(jī)中12000rpm離心5min，用移液槍吸去上清液。藻餅于2mL 80%丙酮中重懸浮，后用錫紙完全包裹10mL離心管，并置于光線較暗處55℃水浴30min，后于12000rpm離心5min，吸出上清液轉(zhuǎn)移至10mL刻度試管中，并用80%丙酮定容于5mL，用紫外分光光度計(jì)測(cè)定663nm處的光吸收值，此過(guò)程重復(fù)3次。測(cè)定結(jié)果按照公式（1），計(jì)算出葉綠素a的含量（mg/L），因藍(lán)藻只有葉綠素a，不含葉綠素b，所以測(cè)得葉綠素a的含量即為葉綠素含量。

CA=OD663/82（1）

式（1）中：CA為葉綠素a含量;OD為吸光度。

1.4.2 念珠藻密度測(cè)量

根據(jù)血球計(jì)數(shù)板計(jì)算藻類(lèi)密度，每個(gè)樣品重復(fù)計(jì)數(shù)2-3次，最后取平均值。按公式（2）計(jì)算出每L念珠藻懸液所含細(xì)胞數(shù)量。測(cè)數(shù)完畢后，取下蓋玻片，用水將血球計(jì)數(shù)板沖洗干凈，切勿用硬物洗刷或抹擦，以免損壞網(wǎng)格刻度。洗凈后自行晾干，放入盒內(nèi)保存。

藻類(lèi)密度=生物量*25*107（2）

式（2）中：生物量為一個(gè)大方格的念珠藻數(shù)量。

1.4.3 念珠藻生物量測(cè)量

利用萬(wàn)分之一天平稱(chēng)量5mL離心管重量。將待測(cè)藻液搖勻，用膠頭滴管吸取2mL藻液加入到5mL離心管中，與12000rpm離心機(jī)中離心5min，吸出上清液后用天平稱(chēng)量念珠藻的重量，減去離心管重量后即為念珠藻鮮重，重復(fù)此過(guò)程3次，最后取平均值。

稱(chēng)量結(jié)束后，在將裝有念珠藻的離心管放在烘干箱內(nèi)105℃，干燥2h，在干燥皿中冷卻30min后稱(chēng)重。之后將離心管內(nèi)干掉的藻餅清洗干凈，將干凈離心管放在烘干箱內(nèi)105℃，干燥2h，在干燥皿中冷卻30min后稱(chēng)重。兩者相減即為念珠藻干重。

2? 結(jié)果與討論

2.1 念珠藻葉綠素含量和密度

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，念珠藻在投加不同質(zhì)量及不同粒徑的聚苯乙烯顆粒后葉綠素含量變化如圖1所示，藻類(lèi)密度變化如圖2所示。

由于聚苯乙烯顆粒不溶于藻液，且粒徑小質(zhì)量輕，易漂浮在藻液表面，形成一層白色薄膜，光很難通過(guò)薄膜射到水中，且薄膜也嚴(yán)重阻礙了空氣中的氧氣融到水中，導(dǎo)致念珠藻負(fù)增長(zhǎng)甚至死亡，葉綠素含量隨之降低，藻類(lèi)不再生長(zhǎng)且大量死亡，活的念珠藻數(shù)量逐漸減少，生物密度降低。

根據(jù)圖1、圖2可以看出，在投加相同濃度聚苯乙烯微塑料的情況下，在投加0至200μm塑料時(shí)，葉綠素和藻類(lèi)密度隨粒徑的增加而逐漸變小，在150-200μm處達(dá)到最小值。投加的聚苯乙烯微塑料粒徑大于200μm時(shí)，藻類(lèi)相比于投加150-200μm塑料粒徑的念珠藻葉綠素有所緩慢上升。相同粒徑時(shí)，投加的聚苯乙烯顆粒濃度越大，對(duì)藻類(lèi)葉綠素和密度的影響越大。當(dāng)投加塑料顆粒質(zhì)量大于0.08g時(shí)，塑料致使藻類(lèi)大量死亡，葉綠素含量和藻類(lèi)密度急劇下降。在投加0.12g聚苯乙烯顆粒時(shí)，藻類(lèi)相比于暴露實(shí)驗(yàn)前死亡率接近50%。在投加0.20g時(shí)，藻類(lèi)密度趨于0。

2.2 念珠藻生物量

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，念珠藻在投加不同質(zhì)量及不同粒徑的聚苯乙烯顆粒后藻類(lèi)鮮重變化如圖3所示，藻類(lèi)干重變化如圖4所示。

根據(jù)圖3念珠藻鮮重和圖4干重變化可以看出，投加相同質(zhì)量聚苯乙烯顆粒條件下，由于念珠藻本身質(zhì)量相對(duì)較輕，各個(gè)粒徑對(duì)念珠藻的鮮重和干重影響差別不大，相差在1%-2%左右。因?yàn)樵谕都泳郾揭蚁╊w粒質(zhì)量在0.10g以上時(shí)，結(jié)合圖1和圖2可以看出藻類(lèi)葉綠素含量急劇降低，藻類(lèi)不再生長(zhǎng)且大面積死亡，所以各粒徑條件下念珠藻鮮重及干重都已接近暴露實(shí)驗(yàn)前的質(zhì)量。在相同粒徑時(shí)，隨投加聚苯乙烯顆粒質(zhì)量的增加，藻類(lèi)鮮重和干重也逐漸趨于暴露實(shí)驗(yàn)前藻類(lèi)的鮮重和干重。

3? 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在投加相同質(zhì)量聚苯乙烯顆粒的情況下，150-200μm粒徑塑料顆粒對(duì)念珠藻的密度、葉綠素、鮮重及干重負(fù)面影響最大。在投加的聚苯乙烯顆粒粒徑相同的情況下，投加的顆粒質(zhì)量越大，在藻液表面覆蓋面積越大，對(duì)空氣中氧氣溶于水及陽(yáng)光照射入水的阻礙越大，從而影響藻類(lèi)的光合和呼吸作用，從而致使藻類(lèi)死亡，密度和生物質(zhì)量急劇下降。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，投加0.12g時(shí)達(dá)到半致死率，投加0.20g時(shí)達(dá)到藻類(lèi)全部致死。

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