PEF和PET微塑料的生物效应研究——以生菜和小球藻为例

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微塑料(Microplastics,MPs)作为一种新兴环境污染物,受到人们的广泛关注。MPs的环境分布广泛,行为复杂,因此,开展MPs的生物效应及生态环境风险研究显得尤为重要。但是,当前关于MPs的研究多集中于石油基塑料,新型生物基塑料的相关研究还相对缺乏。聚2,5呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)是一种新型生物基塑料,其研发旨在替代石油基塑料聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的使用。PEF不仅能够节约石油资源,并且在碳中和方面表现出巨大优势,具有良好的应用前景,但是关于其生物效应和生态环境风险人们尚不了解。因此,本研究以生物基PEF MPs和石油基PET MPs为研究对象,在土壤和水环境中分别选择以生菜和蛋白核小球藻作为受试生物,对两种MPs的生物效应展开研究并进行对比分析,以明确同种环境介质中生物基PEF MPs与其目标替代物石油基PET MPs生物效应的差别。在土壤环境中,本研究考察了不同浓度(0.5%、1%、2%w/w)PEF或PET MPs对生菜幼苗生长、土壤酶活性以及根际土壤微生物群落的影响,并进行对比及差异分析。研究发现,PEF或PET MPs的存在能抑制生菜幼苗的生长,降低幼苗鲜重及其体内可溶性糖、硝态氮和叶绿素含量;两种MPs能够抑制土壤脲酶、土壤中性磷酸酶和土壤蔗糖酶的活性,但是对土壤过氧化氢酶没有显著性影响。两种MPs的生物效应具有一定的差异性,通过比较MPs引起的植物抗逆性发现PEF MPs对生菜幼苗产生的植物毒性小于PET MPs;PET MPs还能够降低根际土壤细菌群落多样性并改变细菌物种相对丰度。整体来看,PEF MPs对生菜-土壤体系表现出的消极影响比PET MPs小。在水环境中,本研究考察了培养基中存在不同浓度(200 mg/L、400 mg/L、800mg/L)PEF或PET MPs对蛋白核小球藻的生物效应,并进行对比及差异分析。研究发现,PEF和PET MPs均能够抑制微藻细胞增殖及叶绿素的积累,对微藻抗氧化平衡体系中活性氧的累积及抗氧化酶(CAT和SOD)活性具有诱导和促进作用;PEF和PET MPs能够促进微藻胞外聚合物的分泌,而降低胞内大分子物质的含量;通过扫描电镜发现微藻细胞粘附在粗糙的MPs表面形成异质聚集体。两种MPs对微藻的生物效应具有一定的差异性,尤其是在胞外聚合物的分泌方面,PEF对胞外聚合物分泌的促进作用大于PET,从侧面来看,这表明生物基PEF MPs可能具备更好的生物降解性能。本研究首次考察了生物基PEF MPs在土壤和水环境中所可能产生的生物效应,并与其目标替代物石油基PET MPs进行了对比,为不同来源(生物基或石油基)MPs的生物效应及对比研究提供了参考,为PEF MPs及其它生物基MPs的生态环境风险评估提供了研究基础。
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