不同粒徑PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻的毒理效應(yīng)

中圖分類號(hào)：X5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1002-4026（2025）04-0095-11

Abstract： Micro/nanoplastics（MNPs）and microalgae are widely distributed in waterand MNPs that adhere to the surfaceof microalgaeorentertheirinternal structureswillenter thefoodchaininlargequantities，posinga greatthreat to aquatic ecosystems.The physiological efectsof MNPsonalgaevarydepending on their particle sizes.Inthis study， polystyrene micro/nanoplastics（PS-MNPs）particles wereselectedas target polutants toinvestigate their toxicological effects on Microcystis aeruginosa （FACHB 905） at diferent concentrations（5，10，50 and 250mg/L ）and particle sizes （ 100μm and ）.Results showed that the inhibition effect of PS-MNPs exerted a more potent inhibitory effect on the growth of algal，chlorophyll a and phycobiliprotein synthesis than 100μm PS-MNPs，and the inhibitory effect was more obvious withthe increase of PSconcentration.Inaddition，theactivities ofcatalase（CAT），malondialdehyde dehydrogenase（MDA）and glutathione（GSH）inmicroalgae cells were significantly increased under the stress of high concentrationof PS-MNPs，indicating that high concentrationof PS-MNPscausedoxidative damage toalgal cels，and smaler PS-MNPsparticlescan lead tomore severe oxidative damage.The toxicityofPS-MNPs withdiferent particle sizes toward M.aeruviosa mainlyledtocelldestruction through surfaceadsorption，which affcted photosynthesis and energy metabolismof algalcels，hindering normalphysiologicalandbiochemicalreactionsinalgalcels.Thisstudy，byexploring the toxicity mechanismofPS-MNPs tomicrocystisaeruginosa，isof great significancefortherisk assessmentofPS-MNPs， and provides a theoretical basis for the prevention of M.aeruginosa bloom.

Key words ∵ micro/nanoplastics； polystyrene；Microcystis aeruginosa； toxicological effects

塑料因具有便利性、穩(wěn)定性、耐用性、經(jīng)濟(jì)性等在許多領(lǐng)域被廣泛使用，年產(chǎn)量持續(xù)增長，2022年全球塑料的產(chǎn)量已達(dá)到4億噸。近 85% 的廢舊塑料進(jìn)入環(huán)境[1-3]，《科學(xué)》雜志預(yù)測到2050 年人類產(chǎn)生的塑料垃圾將達(dá) 1.2×10⁹t^[3] ，因此塑料污染已被聯(lián)合國環(huán)境大會(huì)列為環(huán)境與生態(tài)研究領(lǐng)域的第二大重要科學(xué)問題。由于風(fēng)化、紫外線輻射和生物代謝等的影響，大塑料會(huì)分解成小碎片或顆粒，塑料碎片或顆粒的尺寸小于 5mm 稱為微塑料（microplastics，MPs）[4]，MPs將進(jìn)一步形成更小尺寸的納米塑料（nanoplastics，NPs）[5]，NPs 粒徑范圍通常為 1～100nm^[6?7] 。在風(fēng)力、洋流等外力作用下，微納塑料（micro/nano plastics，MNPs）可以在全球范圍內(nèi)遠(yuǎn)距離擴(kuò)散，目前監(jiān)測到的MNPs 污染范圍極廣，在兩極、冰川甚至深海都發(fā)現(xiàn)了MNPs的存在，在人類集居區(qū)域檢測到的MNPs污染最為嚴(yán)重[8-10]，這種現(xiàn)象暗示著MNPs對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)已經(jīng)造成嚴(yán)重威脅。

MNPs粒徑小，遷移性強(qiáng)、比表面積大，表面疏水性強(qiáng)，甚至帶有一定的表面電荷，易于富集微生物、重金屬和有機(jī)污染物，造成聯(lián)合污染[10];此外，MNPs還會(huì)向水體釋放自身所具有的有毒物質(zhì)，通過生物富集作用危害人類健康[I-12]。在眾多水生生物中，微藻位于食物鏈的底部，是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要初級(jí)生產(chǎn)者，可通過光合作用將無機(jī)碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)碳，為生物圈提供能量和氧氣，因此微藻種群的變化會(huì)顯著影響整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)[13];此外微藻具有生長周期短、對(duì)有毒物質(zhì)敏感和無攝食過程等特點(diǎn)，常被用作指示生物[14]。MNPs 和微藻在水體中廣泛分布，吸附在微藻表面和進(jìn)入內(nèi)部的MNPs會(huì)通過食物鏈大量進(jìn)人食物網(wǎng)對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)造成巨大威脅[15-16]。吸附到微藻表面的 MNPs不僅能和藻細(xì)胞形成大量異質(zhì)聚集，破壞細(xì)胞膜完整性，能使細(xì)胞變大、表面出現(xiàn)褶皺和破裂等，阻礙微藻與周圍環(huán)境的物質(zhì)和能量交換[1-18]，還能通過堵塞藻類孔隙，抑制光合作用的速率[19];進(jìn)人細(xì)胞內(nèi)部的MNPs會(huì)降低電子傳遞速率和碳水化合物代謝[20-21]，使細(xì)胞周期受損[17]，導(dǎo)致光合性能降低。此外，MNPs通過干擾電子向氧氣的轉(zhuǎn)移或通過氧化降解誘導(dǎo)微藻產(chǎn)生活性氧（ROS）[22]，進(jìn)而改變微藻碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等生物物理成分的含量和構(gòu)成[7，23]。

MNPs粒徑的大小會(huì)影響其對(duì)藻類的生理效應(yīng)，已有研究表明聚苯乙烯（PS）粒徑越小，對(duì)杜氏藻、蛋白核小球藻的生長抑制作用越大[24-25]。然而Ye等[26]研究4種粒徑（ （0.2，0.5，1 和 5μm ）PS 對(duì)12 種微藻的毒性效應(yīng)，結(jié)果表明0.5和 1μm 的PS-MNPs對(duì)微藻具有最高的抑制率。Liu等[27]用4 種粒徑的PS 和 2μm ）培養(yǎng)斜生柵藻，結(jié)果表明PS（ 75mg/L ）對(duì)斜生柵藻抑制率由大到小為 0.5μmPS.1μmPS.2μm P PS。銅綠微囊藻（M.aeruginosa）是引起藍(lán)藻水華的優(yōu)勢藻種之一，Zhou 等[28]發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)量濃度為 5mg/L 、粒徑為 0.2～5μm 時(shí)， 1μm 的PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻生長的抑制作用最強(qiáng)，粒徑為0.5 和 1μm 時(shí)，微囊藻毒素的產(chǎn)量最大。綜上，MNPs粒徑大小與微藻毒性作用之間的相關(guān)性尚不清楚，不同質(zhì)量濃度MNPs對(duì)微藻毒性效應(yīng)的影響是否存在粒徑相關(guān)性需要進(jìn)一步探討。

本文選取聚苯乙烯微納塑料（PS-MNPs）作為目標(biāo)污染物，探究了不同粒徑和質(zhì)量濃度的PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻生長生理的影響，從而為MNPs毒性評(píng)估提供依據(jù)。此外，銅綠微囊藻是淡水生態(tài)系統(tǒng)中常見的水華藍(lán)藻，研究水體環(huán)境中的銅綠微囊藻的毒性對(duì)于預(yù)防和治理銅綠微囊藻水華提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

銅綠微囊藻（M.aeruginosaFACHB905），購自中國科學(xué)院武漢水生生物研究所淡水藻種庫，采用 BG11培養(yǎng)基進(jìn)行培養(yǎng)。使用高壓滅菌鍋對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌處理，冷卻至室溫后進(jìn)行接種。微藻接種至三角瓶后，置于光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，設(shè)置光照 2000lx ，光暗比 12h：12h ，溫度 25^°C ，開始實(shí)驗(yàn)前先進(jìn)行兩次活化接種，將藻細(xì)胞培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長期后備用，以上操作均在無菌環(huán)境中進(jìn)行。

粒徑為 80nm 質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2.5% 的PS購于天津倍思樂，粒徑為 100μm 的PS 粉末購于豐泰高分子材料，均于 4^°C 條件下儲(chǔ)存。參考 Zhou等[28]的方法，將PS配制成 5g/L 的懸濁液，用超聲清洗機(jī)超聲 20min ，使其分散均勻。

過氧化氫酶（CAT）試劑盒、谷胱甘肽（GSH）試劑盒、丙二醛（MDA）試劑盒、Bradford蛋白濃度試劑盒均購買自南京建成生物科技有限公司。

1.2 研究方法

分別量取一定量的兩種PS置于裝有 100mL BG11培養(yǎng)基的三角瓶中，超聲處理直至PS分布均勻，獲得5、10、50和 250mg/L 的PS 暴露溶液，同時(shí)設(shè)置不加PS 的空白（無菌水）對(duì)照組，每組實(shí)驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)。將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長期的M.aeruginosaFACHB905接種至上述溶液中，使初始藻細(xì)胞密度保持 1×10⁶mL^-1 。實(shí)驗(yàn)共培養(yǎng)16d，期間每日輕微搖動(dòng)錐形瓶2～3次，并隨機(jī)交換實(shí)驗(yàn)瓶在培養(yǎng)箱中的位置，保證光照均勻且藻細(xì)胞不結(jié)塊下沉。每隔一天測定藻細(xì)胞密度，選取第4、8、16 天測定藻膽蛋白、葉綠素a（Chla）、CAT、MDA及GSH質(zhì)量濃度。

1.3 藻細(xì)胞抑制率測定

藻細(xì)胞密度通過在光學(xué)顯微鏡下使用血球計(jì)數(shù)板讀數(shù)，3組取平均值。藻細(xì)胞抑制率 τ=τ （1-實(shí)驗(yàn)組藻細(xì)胞密度/對(duì)照組藻細(xì)胞密度） ×100% 。

1.4 Chla質(zhì)量濃度測定

取 1mL 藻液加入離心管中， 8000g 離心 5min ，棄上清液，加入 1mL95% 乙醇，將藻細(xì)胞放入 4°C 的黑暗環(huán)境中進(jìn)行葉綠素提取。黑暗處理后的樣品 8000g 離心 5min ，最后測量上清液在 665nm 和 649nm 處的吸光度 0D₆₆₅ 和 0D₆₄₉ 。Chla 質(zhì)量濃度由下式計(jì)算： Δ_;c_Chla=13.7OD₆₆₅–5.76OD₆₄₉ 。

1.5 藻膽蛋白質(zhì)量濃度測定

收集 5mL 藻類培養(yǎng)物在 4°C 下 10000g 離心 15min ，棄去上清液。將藻細(xì)胞用磷酸鹽緩沖鹽水（PBS）重懸，并在液氮中反復(fù)冷凍3次。將樣品以 10000g 離心 10min ，分別在565、620和 650nm 處讀取上清液的吸光度 OD₅₆₅ ） 0D₆₂₀ 和 0D₆₅₀ 。其質(zhì)量濃度計(jì)算公式如下：

ρ_PC=（OD_620nm-0.7×OD_650nm）/7.38，

ρ_APC=（OD_650nm-0.19×OD_620nm）/5.65，

ρ_pE=（OD_565nm-2.8×ρ_pC-1.34×ρ_APC）/1.27，

ρ_{Phycobiliproteins}=ρ_PC+ρ_APC+ρ_PE，

其中，PC、APC、PE 分別代表藻藍(lán)蛋白（phycocyanin）、別藻藍(lán)蛋白（allophyxoxyanin）和藻紅蛋白（phycoerythrin）。

1.6 氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)測定

CAT、MDA及GSH活性測定均按照試劑盒的說明進(jìn)行。

1.7 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)測定不同指標(biāo)公式，使用Microsoft Excel2019進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、Origin作圖表。數(shù)據(jù)結(jié)果通過計(jì)算3組數(shù)據(jù)平均值 ± 標(biāo)準(zhǔn)差得出

2 結(jié)果與討論

2.1 不同粒徑PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻細(xì)胞抑制率的影響

不同粒徑PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻細(xì)胞密度的影響如圖1所示，與對(duì)照組相比， 100μm 低質(zhì)量濃度（5和10mg/L ）PS-MNPs處理組對(duì)銅綠微囊藻的影響呈現(xiàn)出前期抑制后期促進(jìn)的兩階段變化過程。 5mg/L 處理組前 10d 抑制生長， 10mg/L 處理組前 12d 抑制生長，且隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長抑制作用逐漸減弱；后期促進(jìn)生長，促進(jìn)率分別為 35.24% 和 36.34% 。 80nmPS-MNPs 低質(zhì)量濃度（5和 10mg/L ）處理組在暴露前 12d 均抑制微藻生長，第12天，5和 10mg/L 的抑制率分別為 12.03% 和 24.44% ;第16天促進(jìn)生長，促進(jìn)率為 13.35% 和 21.77% 。Mao等[25]的研究也表明粒徑為0.1和 1.0μm 的PS-MNPs對(duì)蛋白核小球藻的生長也表現(xiàn)出低質(zhì)量濃度（ ?50mg/L ）前期抑制生長，后期促進(jìn)生長。銅綠微囊藻細(xì)胞受到脅迫，通過自身調(diào)節(jié)作用，促使自身保護(hù)機(jī)制作用增強(qiáng)，使得細(xì)胞壁增厚，避免PS-MNPs對(duì)藻細(xì)胞的機(jī)械損傷;此外藻細(xì)胞可通過同質(zhì)聚集降低細(xì)胞表面面積，減低PS-MNPs吸附面積，保護(hù)藻細(xì)胞免于損傷[29]，所以在此期間細(xì)胞生長速率可能會(huì)有所增加。高質(zhì)量濃度PS-MNPs處理組整個(gè)暴露期抑制微藻生長，且質(zhì)量濃度越大，抑制作用越大， 100μm 質(zhì)量濃度為50 和 250mg/L 處理組第16天抑制率分別為 6.59% ） 15.90% ， 80nm 抑制率分別為 11.30% 和 36.29% 。Zhou等[28]研究表明低質(zhì)量濃度（ 2～10mg/L 的 1μm PS-MNPs顯著抑制藻類生長，且這種抑制作用隨著PS-MNPs質(zhì)量濃度的增加而顯著增強(qiáng)。

圖1不同粒徑及不同質(zhì)量濃度PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻細(xì)胞抑制率的影響

Fig.1ThefectofdiffrentparticlesizeanddiferentmasscocentrationP-MPsonthihbiionateofMicrocystiseruginosa

本研究表明， 50mg/L 和 250mg/L PS-MNPs 處理組暴露末期均抑制微藻生長， 80nm 的抑制率大于 100μm 即粒徑越小對(duì)微藻的抑制率越大。Sjollema等[24]研究PS-MPs對(duì)杜氏藻生長的影響、Yi等[30研究PS 粒徑對(duì)小球藻的抑制率均得到了相似的研究結(jié)果。這種抑制藻類細(xì)胞生長的情況可能與小粒徑MNPs容易進(jìn)入藻類細(xì)胞內(nèi)部造成細(xì)胞機(jī)械性損傷，從而引起細(xì)胞養(yǎng)分?jǐn)z入不足，或者造成藻類氣孔堵塞，引起氣體交換受阻有關(guān)。然而，其他一些研究顯示了不同的結(jié)果。Liu等[27]發(fā)現(xiàn)不同粒徑的PS-MPs對(duì)斜生柵藻的抑制率從大到小為 0.5，1，2，0.1μm， 。Zhou等[28]發(fā)現(xiàn)，在質(zhì)量濃度為 5mg/L 粒徑為 0.2～5μm 時(shí)， 1μm 的 PS-MNPs對(duì)生長的抑制作用最強(qiáng)。Ye等[26]研究了粒徑為0.2、0.5、1和 5μm 的PS-MPs對(duì)12種微藻的作用效果，結(jié)果表明 0.5μm 和 1μm 對(duì)微藻的抑制率最高。高質(zhì)量濃度的小粒徑PS-MNPs對(duì)微藻生長具有較強(qiáng)的抑制作用。

2.2 不同粒徑PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a合成的影響

PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻葉綠素質(zhì)量濃度的影響如圖2所示，與對(duì)照組相比， 5，10，50mg/L 的 100μm

PS-MNPs處理組在整個(gè)暴露期對(duì)Chla質(zhì)量濃度均無顯著性影響，且互相之間無顯著性差異； 250mg/L 處理組在暴露期第4天與對(duì)照組無顯著性差異，在第8天和第16 天顯著抑制葉綠素的合成。 5，10mg/L 的80nmPS-MNPs處理組在暴露期第4天促進(jìn)葉綠素的合成，后期均無顯著影響； 50mg/L 在暴露期第4天和第8天，均顯著抑制葉綠素合成，暴露期第16天與對(duì)照組無顯著性差異； 250mg/L 處理組在整個(gè)暴露期均顯著抑制葉綠素合成。總體而言，低質(zhì)量濃度PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻葉綠素含量無顯著影響，高質(zhì)量濃度PS-MNPs抑制葉綠素的合成，而且抑制作用在達(dá)到最大值后逐漸減弱，表明與對(duì)照相比，藻類活性得到了恢復(fù)和刺激。

較高質(zhì)量濃度的MNPs會(huì)遮擋部分光線，產(chǎn)生遮蔽效應(yīng)，致藻類葉綠體利用率低，光吸收效率與光合作用降低。Luo等[31]研究證實(shí)MNPs降低小球藻的光合系統(tǒng)最大量子效率，從而對(duì)小球藻的光合作用具有抑制作用。MNPs對(duì)微藻葉綠素合成的影響機(jī)理與粒徑大小有關(guān)，劉等[27]發(fā)現(xiàn)大尺寸 MNPs可聚集在藻類表面，引起遮光效應(yīng)，而小尺寸MNPs主要通過吸附或嵌入藻細(xì)胞，阻礙光穿透，抑制光合活性。已有研究表明20nm.0.5μm 的PS 可吸附或嵌入藻細(xì)胞表面[32-33]，而 1μm PS 可聚集在藻類表面并引起遮蔭效應(yīng)[34]。此外 MNPs也可能通過影響電子供體位點(diǎn)、光系統(tǒng)ⅡI的反應(yīng)中心和電子傳輸鏈來抑制光合活性[32]。由此推測100μm 的PS-MNPs聚集在藻類表面引起遮光效應(yīng)，而 80nm 的PS-MNPs可通過吸附于微藻上抑制葉綠素合成。有實(shí)驗(yàn)證明，葉綠素含量降低可能與MNPs破壞植物細(xì)胞葉綠體有關(guān)[35]。

圖2不同粒徑及不同質(zhì)量濃度PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻葉綠素a質(zhì)量濃度影響Fig.2Effect of different particle size and different mass concentration PS-MNPs on the content ofchlorophyll ain Microcystis aeruginosa

2.3 不同粒徑PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻藻膽蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

光合色素質(zhì)量濃度直接反映微藻的光合能力。MNPs通過破壞藻膽蛋白來干擾銅綠微囊藻的光合作用，干擾其正常生命進(jìn)程。如圖3所示，在PS-MNPs的干擾下，銅綠微囊藻的藻膽蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)受到一定程度的影響，但相較于PS-MNPs對(duì)藻細(xì)胞密度以及葉綠素a質(zhì)量分?jǐn)?shù)抑制效果不明顯。 100μm PS-MNPs質(zhì)量濃度 250mg/L，80nm 質(zhì)量濃度為 50.250mg/L 處理組在暴露期第8天和第16天抑制了藻膽蛋白的合成，其中 80nmPS-MNPs 影響效果更明顯。與對(duì)照組相比，粒徑為 100μm 時(shí)， 250mg/L 處理組第8天藻藍(lán)蛋白（PC）、藻紅蛋白（PE）、別藻藍(lán)蛋白（APC）分別降低了 2.032，3.093，1.029μg/L ，第 16 天分別降低了1.590、2.519 0.554μg/L ;PS-MNPs粒徑為 80nm 時(shí)，質(zhì)量濃度為 50，250mg/L 處理組暴露第8天時(shí)，PC 分別降低了 2.539，3.144，μg/L ，實(shí)驗(yàn)第16天時(shí)分別降低了 5.14，8.993μg/L ；PE 在暴露第8天時(shí)分別降低了2.172，3.451μg/L ，第16天時(shí)分別降低了 3.992，4.457μg/L;APC 在暴露第8天時(shí)分別降低了0.597 和 0.856μg/L ，第16天時(shí)分別降低了 3.634、7.333μg/L 。隨著脅迫時(shí)間增加， 80nm PS-MNPs對(duì)藻膽蛋白的抑制效果越明顯，藻膽蛋白對(duì)PS-MNPs的脅迫在不同階段的敏感性不同。

MNPs的外界應(yīng)激會(huì)降低光合色素的水平，導(dǎo)致PSI的有效量子產(chǎn)率和光合能力降低;還會(huì)抑制微藻的電子傳輸效率影響微藻的光合作用[3-37]。此外高濃度的 MNPs 會(huì)破壞微藻類囊體結(jié)構(gòu)，類囊體是光合作用反應(yīng)的場所，由于含有光合色素，在光合作用的穩(wěn)定性中起著關(guān)鍵作用[25]。因此，PS-MNPs對(duì)類囊體的破壞將不可避免地影響微藻的光合作用。

圖3不同粒徑及不同質(zhì)量濃度PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻藻膽蛋白質(zhì)量濃度的影響Fig.3Effect of diffrent particle size and different mass concentration PS-MNPs on the content ofphycobiliproteinin Microcystis aeruginosa

2.4 不同粒徑PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻抗氧化系統(tǒng)的影響

PS-MNPs會(huì)引起藻細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的ROS 含量增加[32]。低水平的ROS可以調(diào)節(jié)細(xì)胞中許多生理生化反應(yīng)，但高濃度的ROS會(huì)引起脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，影響細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)能量交換等正常生長代謝過程。生物體會(huì)通過產(chǎn)生抗氧化酶，如超氧化物歧化酶（SOD）、CAT、過氧化物酶（POD）和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶（GST）等，分解 ROS 以減輕污染物對(duì)生物體的潛在毒性[14]。氧化應(yīng)激是 MNPs對(duì)微藻細(xì)胞的主要致死機(jī)制[38]。

2.4.1 PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻MDA活性的影響

MDA活性反映了脂質(zhì)過氧化和膜損傷的程度。MDA活性越高，細(xì)胞膜的脂質(zhì)過氧化程度越深，這也表明生物體受到的環(huán)境壓力更大，損害更嚴(yán)重。不同粒徑大小PS-MNPs在不同的質(zhì)量濃度條件下對(duì)銅綠微囊藻MDA活性的影響如圖4（a）所示，在 100μm PS-MNPs脅迫下，實(shí)驗(yàn)第4天和第8天時(shí)，各PS-MNPs處理組（除 5mg/L 處理組外）MDA 活性與對(duì)照組無顯著性差異，但略高于對(duì)照組，表明各實(shí)驗(yàn)組在 100μm PS-MNPs脅迫下，藻細(xì)胞產(chǎn)生一定量的ROS，抗氧化系統(tǒng)消除ROS能力有限，ROS與不飽和脂肪酸發(fā)生脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，形成脂質(zhì)過氧化物 MDA，因此藻細(xì)胞內(nèi) MDA 活性增加。實(shí)驗(yàn)第16 天時(shí)，與對(duì)照組相比， 250mg/L （20處理組MDA的活性顯著高于其他處理組（ Plt;0.05） ），表明高質(zhì)量濃度PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻的氧化損傷加重。如圖4（b）所示，粒徑為 80nm 的PS-MNPs，質(zhì)量濃度為 50，250mg/L 時(shí)，整個(gè)暴露期細(xì)胞中MDA的活性顯著增加，且 250mg/L 處理組MDA的活性顯著高于 50mg/L 處理組，表明高濃度納米塑料脅迫使銅綠微囊藻遭受了嚴(yán)重的損害，導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化失衡且無法迅速緩解。

圖4不同粒徑及不同質(zhì)量濃度PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻MDA活性的影響

Fig.4Effectof diffrent partile sizeand different massconcentration PS-MNPsontheactivityof MDA in M.aeruginosa

2.4.2 PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻GSH活性的影響

GSH在抗氧化脅迫中起重要作用，可能是在逆境脅迫下的信號(hào)傳遞物之一。如圖5所示，隨著PS-MPs質(zhì)量濃度的增加，銅綠微囊藻GSH活性增加。 100μm 和 80nmPS-MNPs 5mg/L 和 10mg/L 處理組整個(gè)暴露期GSH活性均與對(duì)照組無顯著性差異; 100μm50mg/L 處理組在暴露第4天和第8天顯著增加了GSH 的活性，暴露第16天與對(duì)照組相比無顯著性差異， 80nm 50mg/L 處理組整個(gè)暴露期GSH活性均顯著高于對(duì)照組； 100μm 和 80nm 250mg/L 在整個(gè)暴露期顯著增加了GSH的活性。

圖5不同粒徑及不同質(zhì)量濃度PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻GSH活性的影響

'ig.5Effectof diferent particle sizeand different massconcentration PS-MNPson the activityofGSH in M.aerugin

2.4.3 PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻CAT活性的影響

CAT是參與調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)ROS 水平的主要抗氧化酶，PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻CAT活性的影響具有明顯的劑量依賴效應(yīng)，PS-MNPs質(zhì)量濃度越大，CAT活性越高。如圖6（a）所示，在 100μm PS-MNPs脅迫下整個(gè)暴露期，各PS-MNPs處理組CAT活性均高于對(duì)照組，且質(zhì)量濃度越大，CAT活性越高，表明藻細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)被PS-MNPs誘導(dǎo)產(chǎn)生的ROS 激活，抗氧化酶CAT的活性增加。 5，10mg/L 處理組（除第8天）在整個(gè)暴露期CAT活性菌顯著高于對(duì)照組， 50，250mg/L 在整個(gè)暴露期顯著增加了CAT的活性。 80nm PS-MNPs5mg/L 處理組整個(gè)暴露期CAT活性均與對(duì)照組無顯著性差異， 10mg/L 在暴露第4天和第8天顯著增加了CAT的活性，暴露第16天與對(duì)照組相比無顯著性差異， 50，250mg/L 在整個(gè)暴露期顯著增加了CAT的活性。

圖6不同粒徑及不同質(zhì)量濃度PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻CAT活性的影響

Fig.6Effectof diffrentparticlesizeand different massconcentrationPS-MNPsontheactivityofCATinM.aeruginosa

暴露于高質(zhì)量濃度PS-MNPs16d后，銅綠微囊藻CAT、MDA和GSH活性顯著增高，這些變化與銅綠微囊藻的生長抑制作用一致。先前的研究表明，微藻細(xì)胞損傷會(huì)導(dǎo)致ROS 增加，進(jìn)而破壞膜磷脂中的多不飽和脂肪酸，導(dǎo)致 MDA 增加[13.29]。過氧化物的產(chǎn)生可以促進(jìn) SOD 的增加，從而可以減輕氧自由基造成的細(xì)胞內(nèi)損傷[39]。因此，可以推斷高質(zhì)量濃度的PS-MNPs使銅綠微囊藻受到了嚴(yán)重的氧化應(yīng)激，而在低質(zhì)量濃度PS-MNPs暴露下沒有發(fā)生明顯的氧化應(yīng)激。高質(zhì)量濃度下小粒徑PS-MNPs暴露更容易受到氧化應(yīng)激的影響，可能與PS-MNPs吸附在細(xì)胞上并對(duì)細(xì)胞膜造成損害有關(guān)。之前的研究表明，細(xì)胞能夠通過內(nèi)吞作用攝人顆粒污染物，從而對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性[40-41]。Liu等[27]也證明比斜生柵藻粒徑更小的 MNPs主要通過進(jìn)入微藻細(xì)胞而對(duì)微藻產(chǎn)生毒性。當(dāng)微藻粒徑較大時(shí)，更多的PS-MNPs能夠進(jìn)入細(xì)胞，從而使PS-MNPs更大程度地影響微藻的正常生理過程，對(duì)細(xì)胞壁膜造成更嚴(yán)重的損傷微藻的生長，最終導(dǎo)致細(xì)胞生長受到抑制甚至停止生長。這可能是本研究中小粒徑的PS-MNPs對(duì)較大直徑微藻具有較大抑制作用的原因。

MNPs從物理及化學(xué)方面對(duì)銅綠微囊藻產(chǎn)生生理危害。物理方面體現(xiàn)在MNPs吸附在銅綠微囊藻表面破壞銅綠微囊藻細(xì)胞以及較小粒徑的MNPs進(jìn)入細(xì)胞，損害細(xì)胞器，破壞葉綠體等功能性內(nèi)容物；化學(xué)方面表現(xiàn)在MNPs本身或吸附的某些物質(zhì)影響微囊藻的生化反應(yīng)，如光合作用、呼吸作用以及氧化應(yīng)激方面。MNPs對(duì)藻類的生長影響還與其粒徑大小有關(guān)，王素春等[42]研究發(fā)現(xiàn)PS 粒徑越小對(duì)特氏杜氏藻的生長影響越大;Bhattacharya等[43]發(fā)現(xiàn)小粒徑微塑料會(huì)引發(fā)藻細(xì)胞更強(qiáng)的氧化應(yīng)激反應(yīng)。一方面，微塑料粒徑越小，可能越容易吸附在藻細(xì)胞表面產(chǎn)生遮光效應(yīng)，從而降低藻細(xì)胞光合作用，導(dǎo)致電子傳遞效率下降產(chǎn)生ROS，微塑料吸附在細(xì)胞表面可能導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)代謝廢物不能及時(shí)排出，導(dǎo)致藻細(xì)胞死亡;另一方面，微塑料粒徑越小會(huì)更易引發(fā)藻細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，使過氧化產(chǎn)物含量增加，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。通過MNPs影響有機(jī)污染物生物有效性角度出發(fā)，探究MNPs對(duì)微囊藻毒素的吸附解析行為及機(jī)制，對(duì) MNPs風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及控

制微囊藻毒素的釋放有重要意義，了解其聯(lián)合作用機(jī)制為污染環(huán)境的治理提供理論依據(jù)。

3結(jié)論

本文探討了不同粒徑PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻的藻細(xì)胞密度、光合作用以及氧化應(yīng)激方面的影響。結(jié)果表明，PS-MNPs對(duì)銅綠微囊藻的生理生化特征產(chǎn)生影響程度與PS-MNPs濃度和粒徑有非常顯著的關(guān)系，PS-MNPs質(zhì)量濃度越高，對(duì)銅綠微囊藻的生長抑制效果越明顯，PS-MNPs質(zhì)量濃度為 50，250mg/L 時(shí)對(duì)銅綠微囊藻生長指標(biāo)抑制最明顯。 80nm 比 100μm PS-MNPs對(duì)藻的光合、抗氧化系統(tǒng)損傷大。綜合各實(shí)驗(yàn)組得出結(jié)論：PS-MNPs的粒徑大小、質(zhì)量濃度、脅迫天數(shù)對(duì)銅綠微囊藻出現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，即PS-MNPs粒徑越小，質(zhì)量濃度越高，脅迫天數(shù)越長對(duì)銅綠微囊藻的生長抑制效果越明顯。

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