微塑料對念珠藻的影響

馮炘　秦于杰　解玉紅

摘要：微塑料（直徑<5mm）污染已經(jīng)是全球關注的熱點環(huán)境問題，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淡水領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、不同粒徑對念珠藻和大型蚤進行暴露實驗。實驗結果顯示，念珠藻實驗中投加相同濃度時，150-200μm的顆粒對念珠藻的密度、生物質重及葉綠素影響最大;相同粒徑時，藻類在投加0.12g顆粒時達到半致死。在投加0.20g顆粒時，藻類將近全部死亡。

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.

關鍵詞：微塑料污染;聚苯乙烯;念珠藻

Key words： microplastic pollution;polystyrene;candida

中圖分類號：X172? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0263-04

0? 引言

塑料因其制造成本廉價、抗腐蝕性強、防水性強、絕緣性強等優(yōu)點，廣泛應用于日用品包裝、交通運輸、及國防和尖端產(chǎn)業(yè)等領域。塑料從20世紀50年代已經(jīng)開始大規(guī)模生產(chǎn)及使用，到2018年已經(jīng)生產(chǎn)了83億噸塑料，遠超其它人工合成材料[1，2]。根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的調查估算，全球每年約有800萬噸塑料廢品被傾倒入海洋。2014年的一份學術研究發(fā)現(xiàn)，海洋中已積累了超過5萬億個塑料碎片，總質量達27萬噸，與浮游生物的比例已經(jīng)達到了1：2[3]。

塑料垃圾被排放到環(huán)境當中，經(jīng)過很長時間暴露后，在物理、化學及生物過程作用下逐漸分裂形成碎片或顆粒，當其被各種因素作用后降解為直徑小于5mm的塑料碎片時，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。直接來源于個人護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)合國數(shù)據(jù)顯示，海洋中15%～31%的微塑料主要是初生來源，其中，陸源活動占98%[7-11]，其余2%來自漁業(yè)和運輸業(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。2018年年初，中國海洋科考隊伍在南極海域發(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物的食物相同，所以容易造成動物誤食，從而劃傷和阻塞其的消化道，影響動物體內系統(tǒng)平衡和正常代謝[14]，甚至導致組織病變和炎癥反應，降低存活率[15]。同時微塑料也會影響藻類的光合作用，減少有機物的積累，從而降低生態(tài)系統(tǒng)的初級生產(chǎn)力[14]。由于微塑料比表面積大，疏水性強，容易和環(huán)境中的一些有機污染物產(chǎn)生相互作用[16]，吸附一些重金屬[17]如鉛、鋅等，并且由于微塑料強大的吸附特點，部分材微塑料會在其表面富集高于環(huán)境濃度百萬倍的污染物[18]。而當生物攝取這些微塑料后，污染物就會逐漸釋放出來，并在生物體內轉移，從而影響生物的生存[14，19]，隨著食物鏈的傳遞及富集，最終將威脅人類乃至整個生物圈[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源之一，研究相對較少。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念珠藻的密度、生物量、葉綠素及半致死率進行研究。通過觀察不同粒徑及不同濃度聚苯乙烯顆粒對念珠藻的影響，對未來建立健全的塑料和微塑料管理體系提供科學依據(jù)及建議。

1? 實驗部分

1.1 原料與試劑

聚苯乙烯（PS），由阿拉丁試劑網(wǎng)站上購買;甲醇（AR），由天津永晟精細化工有限公司購買;丙酮（AR）;念珠藻，由中國淡水藻種庫購買。電子天平（CP224C， China）;臺式全溫振蕩培養(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40目、60目、80目、100目、150目、360目篩網(wǎng)進行分離，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 念珠藻暴露實驗

將不同粒徑不同質量的聚苯乙烯微塑料顆粒在無菌操作臺中經(jīng)紫外光充分滅菌后，分別投加到25mL無菌條件下培養(yǎng)的生長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后對念珠藻的密度、生物量及葉綠素含量進行測量。

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 生物指標測量

1.4.1 念珠藻葉綠素含量測量

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，用紫外分光光度計測定663nm處的光吸收值，此過程重復3次。測定結果按照公式（1），計算出葉綠素a的含量（mg/L），因藍藻只有葉綠素a，不含葉綠素b，所以測得葉綠素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 念珠藻密度測量

根據(jù)血球計數(shù)板計算藻類密度，每個樣品重復計數(shù)2-3次，最后取平均值。按公式（2）計算出每L念珠藻懸液所含細胞數(shù)量。測數(shù)完畢后，取下蓋玻片，用水將血球計數(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，放入盒內保存。

藻類密度=生物量*25*107（2）

式（2）中：生物量為一個大方格的念珠藻數(shù)量。

1.4.3 念珠藻生物量測量

利用萬分之一天平稱量5mL離心管重量。將待測藻液搖勻，用膠頭滴管吸取2mL藻液加入到5mL離心管中，與12000rpm離心機中離心5min，吸出上清液后用天平稱量念珠藻的重量，減去離心管重量后即為念珠藻鮮重，重復此過程3次，最后取平均值。

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

2? 結果與討論

2.1 念珠藻葉綠素含量和密度

根據(jù)實驗結果，念珠藻在投加不同質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，且粒徑小質量輕，易漂浮在藻液表面，形成一層白色薄膜，光很難通過薄膜射到水中，且薄膜也嚴重阻礙了空氣中的氧氣融到水中，導致念珠藻負增長甚至死亡，葉綠素含量隨之降低，藻類不再生長且大量死亡，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，葉綠素和藻類密度隨粒徑的增加而逐漸變小，在150-200μm處達到最小值。投加的聚苯乙烯微塑料粒徑大于200μm時，藻類相比于投加150-200μm塑料粒徑的念珠藻葉綠素有所緩慢上升。相同粒徑時，投加的聚苯乙烯顆粒濃度越大，對藻類葉綠素和密度的影響越大。當投加塑料顆粒質量大于0.08g時，塑料致使藻類大量死亡，葉綠素含量和藻類密度急劇下降。在投加0.12g聚苯乙烯顆粒時，藻類相比于暴露實驗前死亡率接近50%。在投加0.20g時，藻類密度趨于0。

2.2 念珠藻生物量

根據(jù)實驗結果，念珠藻在投加不同質量及不同粒徑的聚苯乙烯顆粒后藻類鮮重變化如圖3所示，藻類干重變化如圖4所示。

根據(jù)圖3念珠藻鮮重和圖4干重變化可以看出，投加相同質量聚苯乙烯顆粒條件下，由于念珠藻本身質量相對較輕，各個粒徑對念珠藻的鮮重和干重影響差別不大，相差在1%-2%左右。因為在投加聚苯乙烯顆粒質量在0.10g以上時，結合圖1和圖2可以看出藻類葉綠素含量急劇降低，藻類不再生長且大面積死亡，所以各粒徑條件下念珠藻鮮重及干重都已接近暴露實驗前的質量。在相同粒徑時，隨投加聚苯乙烯顆粒質量的增加，藻類鮮重和干重也逐漸趨于暴露實驗前藻類的鮮重和干重。

3? 結論

通過實驗結果可以看出，在投加相同質量聚苯乙烯顆粒的情況下，150-200μm粒徑塑料顆粒對念珠藻的密度、葉綠素、鮮重及干重負面影響最大。在投加的聚苯乙烯顆粒粒徑相同的情況下，投加的顆粒質量越大，在藻液表面覆蓋面積越大，對空氣中氧氣溶于水及陽光照射入水的阻礙越大，從而影響藻類的光合和呼吸作用，從而致使藻類死亡，密度和生物質量急劇下降。實驗結果顯示，投加0.12g時達到半致死率，投加0.20g時達到藻類全部致死。

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