聚苯乙烯微塑料对壬基酚的生物累积和毒性效应影响研究

The combined effects of microplastics and organic chemicals have attracted wide attention, but the underlying mechanisms between their interactions are far from clear. This proposed project will use a ciliate Tetrahymena thermophila as model organism to study the combined effects of polystyrene microplastics (PSMP) and nonylphenol (NP). Isotope-labeled (C-14 and C-13) PSMP and NP are synthesized to investigate the kinetics (uptake, distribution, and elimination) and toxicity of NP in the ciliate with and without PSMP. We aim to uncover the mechanisms behind the interactions and to demonstrate combined toxicity in the T. thermophila between the two pollutants. The outcome of this project will be useful to construct a methodology for quantify the bioaccumulation of PSMP and NP, and will provide significant information for the ecological risk assessment of PSMP and NP.

微塑料与有机污染物的联合效应是生态毒理学研究的热点。现有研究对二者的相互作用机制和复合生态效应缺乏足够的认识。本项目拟以单细胞生物嗜热四膜虫（Tetrahymena ther-mophila）为受试生物，聚苯乙烯微塑料（PSMP）和壬基酚（NP）为研究对象，通过合成C-14和C-13标记的PSMP和NP，研究NP单独或与PSMP共存时的吸收、分布、排出等生物累积动力学和毒性效应，以揭示不同情景下PSMP与NP的相互作用机制，厘清PSMP存在下NP对嗜热四膜虫的毒性机理。项目结果有利于构建定量研究PSMP与NP生物累积方法，也可为PSMP与NP复合污染的生态风险评估提供科学依据。

微塑料进入水体后，可被水生生物累积，并沿食物链传递，对各营养级生物产生不同程度的毒性效应，威胁整个水生生态系统。在水环境中，微塑料常和有机污染物同时存在，微塑料可以影响有机污染物在水相、沉积物和生物体中的分布。微塑料表面吸附有机污染物后，两者可能产生更强的毒性效应，微塑料与有机污染物的复合效应已成为生态毒理学研究的重要议题。现有研究对二者的相互作用机制和复合生态效应缺乏足够的认识。一方面，本项目以嗜热四膜虫为受试生物，聚苯乙烯微塑料（PSMP）和壬基酚（NP）为研究对象，研究NP单独或与PSMP共存时的生物累积和毒性效应。结果表明，20 nm PSMP的存在增大了NP在四膜虫中的累积。20 nm PSMP存在条件下，NP对四膜虫的毒性效应也显著增强。另一方面，本项目以红球菌为受试生物，研究PSMP对四溴双酚A（TBBPA）生物转化的影响和机制。结果表明，20 nm和100 nm PSMP抑制了TBBPA在红球菌中的转化，并且随着PSMP浓度增加抑制作用在增强，PSMP粒径越小对TBBPA转化的抑制作用也越强。两种粒径的PSMP都以多种方式影响TBBPA的生物转化。PSMP将TBBPA吸附在其表面，降低了红球菌对TBBPA的生物可利用浓度。此外，PSMP诱导氧化应激，增加膜的通透性，并下调将TBBPA转化为其甲基化衍生物的O-甲基转移酶的活性。以上研究结果表明，PSMP可以影响有机污染物的微生物转化，在未来的环境风险评估中我们应将这些效应考虑在内。本项目两方面的研究成果可为全面认识PSMP与有机污染物的生态风险、制定污染控制相关的法律法规提供科学依据。