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(huán)境中微塑料的污染已引起人們普遍的關(guān)注。由于塑料制品的生產(chǎn)過(guò)程中常使用多種添加劑，這些添加劑在后續(xù)的使用、廢棄過(guò)程中會(huì)不斷釋放出來(lái)，對(duì)生物體產(chǎn)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(duì)象，采用種子發(fā)芽抑制試驗(yàn)和蠶豆根尖微核試驗(yàn)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(jié)果對(duì)評(píng)價(jià)水體中微塑料的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有著重要的意義。

關(guān)鍵詞：微塑料; 浸提液; 急性毒性; 遺傳毒性

中圖分類(lèi)號(hào)：X171.5? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-3315（2021）7-096-002

塑料工業(yè)的迅速發(fā)展給人們的生活帶來(lái)了巨大的便利。然而大量的塑料垃圾排放到環(huán)境中，已經(jīng)引起了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。粒徑小于5mm的小顆粒塑料通常被稱(chēng)為微塑料。在環(huán)境中具有持久性，能抑制生物生長(zhǎng)、改變相關(guān)酶活性及增加生物死亡率等。還可在生物體內(nèi)累積，甚至威脅到人類(lèi)的健康[1]。微塑料已普遍存在于全球各大海洋環(huán)境中，從表層海水到深層海水、沉積物，從內(nèi)海到外海，從兩極到赤道，并常在大洋環(huán)流區(qū)及海岸帶富集[2]。而陸地淡水及土壤環(huán)境中微塑料的污染也同樣存在，部分地區(qū)飲用水源水中也檢測(cè)到了微塑料。淡水環(huán)境中微塑料污染的調(diào)查顯示美國(guó)、意大利、印度等國(guó)外諸多內(nèi)陸河流表層水與沉積物中均存在微塑料的污染。而中國(guó)的長(zhǎng)江、太湖、漢江、珠江等表層水體中微塑料的濃度范圍達(dá)3.4～19860 item/m3[3]。塑料制品的生產(chǎn)過(guò)程中常使用阻燃劑、增塑劑、抗氧化劑、穩(wěn)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(xù)會(huì)不斷釋放出來(lái)，對(duì)生物體產(chǎn)生毒害作用[4]。本文采用種子發(fā)芽抑制試驗(yàn)和蠶豆根尖微核試驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(wú)水乙醇（95%乙醇）3份加冰乙酸1份配成。

席夫氏（Schiff）試劑：稱(chēng)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(shí)，過(guò)慮于深棕色試劑瓶中，待濾液冷至25℃時(shí)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(wú)色。

將聚氯乙烯塑料垃圾袋手工破碎為5mm以下的碎片，稱(chēng)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(guò)濾后收集浸提液。種子發(fā)芽試驗(yàn)和蠶豆根尖微核試驗(yàn)參照國(guó)家環(huán)?？偩帧端蛷U水監(jiān)測(cè)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(yǎng)箱中，在25±1℃下培養(yǎng)24h后，統(tǒng)計(jì)種子發(fā)芽率。將蠶豆浸種催芽后，用受試樣品液處理根尖并恢復(fù)培養(yǎng)，加卡諾式固定液固定根尖細(xì)胞，采用席夫氏試劑進(jìn)行染色、制片，最后在顯微鏡下識(shí)別微核，計(jì)算微核率。采用超純水進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)。

2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

微塑料浸提液的急性毒性采用白菜種子發(fā)芽的抑制率表示，如圖1所示。隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，白菜種子發(fā)芽率逐漸降低，當(dāng)浸提時(shí)間從15天增加到30天時(shí)，白菜發(fā)芽率的降低幅度變小，說(shuō)明微塑料浸提液中存在抑制種子發(fā)芽的化學(xué)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(jié)果如圖2所示。與圖1相似，隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，蠶豆根尖的微核率逐漸增高，當(dāng)浸提時(shí)間從15天增加到30天時(shí)，豆根尖的微核率的增加幅度變小，說(shuō)明微塑料浸提液中的化學(xué)成分能對(duì)生物產(chǎn)生遺傳毒性。

從圖1和圖2可以看出，隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，有害成分的浸出量逐漸增加，對(duì)生物能產(chǎn)生顯著的急性毒性和遺傳毒性。當(dāng)浸提15天之后，有害成分的浸出濃度趨于穩(wěn)定。據(jù)報(bào)道，鄰苯二甲酸酯類(lèi)是最常用的一類(lèi)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(dá)10～60%（按重量計(jì)），也是公認(rèn)的環(huán)境內(nèi)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(xiàn)出的急性毒性和遺傳毒性很可能來(lái)自鄰苯二甲酸酯類(lèi)的塑料添加劑的釋放。

3.小結(jié)

通過(guò)采用種子發(fā)芽抑制試驗(yàn)和蠶豆根尖微核試驗(yàn)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(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，有害成分的浸出量逐漸增加，對(duì)生物能產(chǎn)生顯著的急性毒性和遺傳毒性。當(dāng)浸提15天之后，有害成分的浸出濃度趨于穩(wěn)定。根據(jù)文獻(xiàn)推測(cè)微塑料浸提液的急性毒性和遺傳毒性可能來(lái)自鄰苯二甲酸酯類(lèi)的塑料添加劑的釋放。后續(xù)將進(jìn)一步對(duì)浸提液中的化學(xué)成分進(jìn)行鑒定，并對(duì)其浸出動(dòng)力學(xué)開(kāi)展研究，這對(duì)評(píng)價(jià)水體中的微塑料的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)有著重要的意義。

資助項(xiàng)目：江蘇省大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目，編號(hào)：202010298036Z

參考文獻(xiàn)：

[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(fù)盛.水和廢水監(jiān)測(cè)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