微塑料对鱼类毒性效应研究进展

张圆圆

（1.河南省水产科学研究院, 郑州 450044；2.上海海洋大学农业部鱼类营养与环境生态研究中心， 上海 210306）

微塑料（Microplastics，MPs）， 即粒径小于5 mm的塑料， 常见化学成分有聚乙烯 （PE）、 聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）等，是全球新兴的一种污染物。 2004年， 英国科学家辛普森首次在《Science》杂志上将直径小于5 mm的塑料颗粒、纤维或薄膜等定义为微塑料。 随后，各国科学家相继在海洋、湖泊、河流、南极洲甚至人类血液中发现了高丰度的微塑料， 微塑料污染被列入环境与生态科学研究领域的第二大科学问题，成为与全球气候变化、臭氧耗竭等并列的全球重大环境问题。 微塑料体积小，比表面积大，吸附污染物的能力强，伴随着河流、湖泊、泥沙及径流等进入到水体后，被生物体吞食，对鱼类生殖、生长、代谢、免疫、行为等生理活动产生影响，同时也会通过食物链进入人体，危害人类健康。

我国是世界上最大的塑料生产国和消费国，2021年我国生产了1.1亿t塑料，进口3397万t，生产塑料制品8000多万t， 消费塑料饮料瓶大约2000亿个。塑料垃圾的去向有3种，分别是回收、焚烧或废弃在环境中。 我国塑料废弃物回收和管理处于较低水平，废旧塑料的回收利用率约25%， 焚烧处理部分约占约30%，剩下约45%随意堆放或通过填埋处置留在环境中。 这些被丢弃的塑料留置在环境当中，经风化、分解和破碎等过程转化为微塑料。

1 微塑料的分类

微塑料按来源可分为两类：（1） 初生微塑料：是指工业生产过程之初就被制备成的微米级的塑料颗粒。 如日常生活使用的洗涤剂、牙膏、护肤品、化妆品中添加的塑料微珠和树脂颗粒等， 这些颗粒通过污水处理厂、地表径流等最终排入水环境中；（2）次生微塑料：是由大型塑料垃圾如塑料袋、塑料瓶、塑料盒、包装袋、塑料玩具等，在环境中经过物理、化学和生物等过程，分裂或降解而形成的塑料颗粒，在生态环境中循环存在。

微塑料按形状可分为四类：（1） 纤维类微塑料：由于衣物的洗涤、磨损等因素，导致纤维脱落并通过废水排入水体中，进而形成纤维类微塑料。 这类微塑料的直径通常在1～100 um之间；（2） 颗粒类微塑料：也就是通常所说的“微珠”，主要存在于某些个人护理产品清洁剂以及塑料制品中， 这些微珠通常会被生物吸收，并通过食物链传播，其直径普遍在5 um～5 mm之间；（3）泡沫类微塑料：这种微塑料类型非常常见，主要存在于物流行业、食品包装行业等。 这些泡沫类微塑料的大小不规则，数量众多，大小通常在5 mm左右；（4）碎片类微塑料：这种类型的微塑料属于中等大小的微塑料，其直径在5 mm以上，通常来自于塑料袋、食品包装袋、塑料瓶等。 据统计数据显示，纤维类和碎片类约占微塑料总量的91%。

2 微塑料的危害

微塑料的危害主要包括三个方面：（1）微塑料会释放本身携带的有毒有害物质。 在塑料制品的制作过程中， 往往会添加包括内分泌干扰化合物类的添加剂， 这些添加剂可以从塑料碎片中释放到水生态系统中，并进一步进入食物链、食物网，导致生物体内毒素日渐富集；（2）微塑料比一般塑料更容易吸附有毒有害物质。 微塑料表面积大，疏水性强，可作为重金属和有机污染物等化学污染物的重要载体，其对周围环境中化学污染物的吸附和积累会随着时间呈指数增长；（3）对水生生物有毒害作用从而影响生态环境及人类健康。 微塑料和相关毒素在生物体是有累积效应的, 被生物摄食后会在消化系统中积累，阻塞消化道，降低食欲，还会进入消化循环系统和组织，影响酶活性，或者在体内的降解过程中，单体和添加剂会从聚合物基体中释放出来， 对生物体造成负面影响。 在世界范围内，已经发现超过2000 种水生物种摄入了塑料颗粒。相关研究表明，全球范围内渔业资源逐年减少的同时， 鱼类受到的微塑料污染正在不断加剧， 全球大部分地区50%及以上的鱼类受到微塑料污染， 只有欧洲北部和一些深海海域的鱼类受污染较轻。在中国，大约有256 种水生动物被确定会摄入微塑料，如三峡库区重庆段各水域12个水体样本中微塑料的检出率为50%， 上海主要河流鱼类微塑料平均检出率为59.78%， 平均检出率和丰度上处于中等偏下的水平， 一定程度上反映了当地栖息环境的污染程度。

3 微塑料的污染途径

目前在海洋无脊椎动物、鱼类、海龟和其他大型海洋动物中的肠道中均检测到不同风度的微塑料富集， 其中包括一些被人类消费或具有重要生态学作用的物种。 微塑料进入鱼体内包括水源暴露和食源暴露两种途径。水源暴露是指微塑料经过鳃、皮肤等进入鱼体，进而对其呼吸系统造成影响；食源暴露是指鱼类吞食附着了微塑料的食物， 导致微塑料直接进入其胃肠道， 通过摄食进入体内的微塑料停留时间比通过鳃的停留时间要短。首先，微塑料由于粒径微小，处于很多水生生物的理想摄食体积范围，且大部分附着在食物表面， 水生动物的摄食机制很难区分出微塑料与食物，易被水体及沉积物中的滤食性、悬浮物和碎屑摄食者主动捕食。 相对于选择性摄食鱼类，具有非选择性摄食策略的生物，例如滤食性生物和食碎屑生物， 比选择性摄食者更容易摄取微塑料。同时也有研究进一步表明，由于水体沉积物中微塑料大量富集， 底栖动物食性生物比浮游动物食性生物和广食性生物体内微塑料含量更为丰富；其次，微塑料还可通过食物链、食物网传递，高营养级鱼类可通过摄食体内含有微塑料的低营养级水生动物而间接摄入微塑料， 纳米级聚苯乙烯微粒可通过牧食食物链（如藻类－浮游动物－鱼类）进行传递，并对鱼类的脂类代谢和行为产生影响。 例如，蟹类可通过摄食直接暴露于微塑料的贝类间接摄入微塑料， 须鲸可通过摄食浮游生物间接摄入微塑料。 但也有研究表明， 生物体对微塑料有一定的主动排斥或回避作用，机体可通过生成“假粪”将消化道内的微塑料排出，微塑料再次进入水体，通过呼吸或摄食进入鱼类体内，循环往复。

4 微塑料的污染效应

对生殖系统的影响： 微塑料暴露对鱼类生殖的影响因物种而异，但多数研究结果表明，微塑料暴露造成鱼类的生殖细胞质量、繁殖能力、精子游动速度和后代质量等显著降低。 其中有微塑料对性腺的直接作用，如纳米微塑料会在斑马鱼性腺中积累；也有微塑料对性腺的间接作用， 如微塑料可以通过下丘脑-垂体-性腺轴，延缓雌性海水青鳉鱼性腺的成熟。王林林等的研究表明，PVC 微塑料可以干扰黄河鲤幼鱼性腺发育相关基因表达， 诱导生殖细胞的异常增殖，从而影响其性腺的发育。 赵佳等将斑马鱼胚胎和出生5 d 的幼鱼暴露在不同浓度的0.5 μm 和10 μm的聚苯乙烯微塑料中，结果发现，微塑料对斑马鱼的影响与浓度和粒径均有相关性，浓度越高，胚胎孵化率和幼鱼成活率越低，粒径越小，越容易在肠胃道内积累。

对代谢系统的影响： 聚苯乙烯微塑料暴露显著影响了斑马鱼肝脏中GK、HK1、PK、PEPCK等糖脂代谢相关基因的转录水平， 抑制了三羧酸循环相关酶的活性，降低了葡萄糖和甘油三酯水平，影响了斑马鱼的肝脏代谢紊乱。 聚乙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯暴露则抑制了牡蛎的脂质代谢,而能量代谢酶的活性则被激活。 对红鳌螯虾的研究也表明，聚苯乙烯微塑料暴露导致红鳌螯虾血淋巴和肝胰腺中脂质和脂肪酸含量下降, 显著影响其脂质代谢。

对消化系统的影响： 消化道作为微塑料存在的主要器官， 微塑料对鱼类消化道的最直接影响是肠道损伤，不同部位损伤程度不同，与肠道前端、中部相比，末端肠道损伤最严重。 如多项研究表明，不同浓度的聚苯乙烯微塑料暴露造成大黄鱼、斑马鱼、贻贝、白虾、中华绒螯蟹等的肠道菌群组成和多样性发生了改变，导致肠道损伤和菌群失调，具体表现为肠细胞分裂、绒毛破裂等，对水生动物造成永久伤害。其次是影响消化道对营养物质或有毒物质( 如铜、银) 的吸收。 如将海胆幼虫暴露于不同浓度聚苯乙烯微塑料中发现， 微塑料在海胆消化道中大量积累, 严重影响其摄食率，最终损害海胆营养物质摄入并造成死亡。

5 总结

微塑料污染已成为世界性污染问题， 对水生动物、人类均造成了不同程度的危害，务必引起人们的高度重视。未来，可通过源头减量、替代使用、加强回收、逐步清理等措施加强微塑料治理，并号召人们积极配合限塑令、垃圾分类等政策，为改善全球生态环境做出贡献。