微塑料对念珠藻的影响

冯炘　秦于杰　解玉红

摘要：微塑料（直径<5mm）污染已经是全球关注的热点环境问题，其中聚苯乙烯是微塑料污染的主要组成之一。本文研究了聚苯乙烯对淡水领域广泛存在的念珠藻和大型蚤的影响，将聚苯乙烯分为不同浓度、不同粒径对念珠藻和大型蚤进行暴露实验。实验结果显示，念珠藻实验中投加相同浓度时，150-200μm的颗粒对念珠藻的密度、生物质重及叶绿素影响最大;相同粒径时，藻类在投加0.12g颗粒时达到半致死。在投加0.20g颗粒时，藻类将近全部死亡。

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.

关键词：微塑料污染;聚苯乙烯;念珠藻

Key words： microplastic pollution;polystyrene;candida

中图分类号：X172                                        文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）12-0263-04

0  引言

塑料因其制造成本廉价、抗腐蚀性强、防水性强、绝缘性强等优点，广泛应用于日用品包装、交通运输、及国防和尖端产业等领域。塑料从20世纪50年代已经开始大规模生产及使用，到2018年已经生产了83亿吨塑料，远超其它人工合成材料[1，2]。根据联合国环境规划署的调查估算，全球每年约有800万吨塑料废品被倾倒入海洋。2014年的一份学术研究发现，海洋中已积累了超过5万亿个塑料碎片，总质量达27万吨，与浮游生物的比例已经达到了1：2[3]。

塑料垃圾被排放到环境当中，经过很长时间暴露后，在物理、化学及生物过程作用下逐渐分裂形成碎片或颗粒，当其被各种因素作用后降解为直径小于5mm的塑料碎片时，即为微塑料[4]。微塑料分为次生微塑料和初生微塑料。次生微塑料经大塑料降解后产生。直接来源于个人护理品等塑料颗粒工业产品经河流、污水厂[5，6]等排入到环境中的为初生微塑料。联合国数据显示，海洋中15%～31%的微塑料主要是初生来源，其中，陆源活动占98%[7-11]，其余2%来自渔业和运输业[12]。微塑料污染不仅广泛出现在海洋中，淡水水域中业比较常见。2018年年初，中国海洋科考队伍在南极海域发现了微塑料的存在[13]。

微塑料由于形状、大小及颜色和很多动物的食物相同，所以容易造成动物误食，从而划伤和阻塞其的消化道，影响动物体内系统平衡和正常代谢[14]，甚至导致组织病变和炎症反应，降低存活率[15]。同时微塑料也会影响藻类的光合作用，减少有机物的积累，从而降低生态系统的初级生产力[14]。由于微塑料比表面积大，疏水性强，容易和环境中的一些有机污染物产生相互作用[16]，吸附一些重金属[17]如铅、锌等，并且由于微塑料强大的吸附特点，部分材微塑料会在其表面富集高于环境浓度百万倍的污染物[18]。而当生物摄取这些微塑料后，污染物就会逐渐释放出来，并在生物体内转移，从而影响生物的生存[14，19]，随着食物链的传递及富集，最终将威胁人类乃至整个生物圈[20]。

根据目前研究，微塑料污染研究主要集中在海洋微塑料污染上，淡水区域的微塑料作为海洋为微塑料污染的重要来源之一，研究相对较少。本文微塑料以污染中占比很重的聚苯乙烯为例，研究其对广泛分布于淡水区域的念珠藻的影响。根据不同粒径不同浓度的聚苯乙烯微粒对念珠藻的密度、生物量、叶绿素及半致死率进行研究。通过观察不同粒径及不同浓度聚苯乙烯颗粒对念珠藻的影响，对未来建立健全的塑料和微塑料管理体系提供科学依据及建议。

1  实验部分

1.1 原料与试剂

聚苯乙烯（PS），由阿拉丁试剂网站上购买;甲醇（AR），由天津永晟精细化工有限公司购买;丙酮（AR）;念珠藻，由中国淡水藻种库购买。电子天平（CP224C， China）;台式全温振荡培养箱（ZQPW-70，China）。

1.2 筛选不同粒径聚苯乙烯微塑料

将聚苯乙烯颗粒经过40目、60目、80目、100目、150目、360目筛网进行分离，得到0-40μm、40-100μm、100-150μm、150-200μm、200-300μm、300-450μm及450μm以上不同粒径的聚苯乙烯微粒。

1.3 念珠藻暴露实验

将不同粒径不同质量的聚苯乙烯微塑料颗粒在无菌操作台中经紫外光充分灭菌后，分别投加到25mL无菌条件下培养的生长状况相同的念珠藻藻液中。在25℃，2000Lux光照12h，0Lux光照12h条件下培养24h后对念珠藻的密度、生物量及叶绿素含量进行测量。

聚苯乙烯微塑料粒径分别为：0-40μm，40-100μm，100-150μmμm，150-200μm，200-300μm，300-450μm，450μm以上。

聚苯乙烯微塑料浓度为：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 生物指标测量

1.4.1 念珠藻叶绿素含量测量

用1mL移液枪吸取2mL念珠藻藻液置于10mL离心管中，于离心机中12000rpm离心5min，用移液枪吸去上清液。藻饼于2mL 80%丙酮中重悬浮，后用锡纸完全包裹10mL离心管，并置于光线较暗处55℃水浴30min，后于12000rpm离心5min，吸出上清液转移至10mL刻度试管中，并用80%丙酮定容于5mL，用紫外分光光度计测定663nm处的光吸收值，此过程重复3次。测定结果按照公式（1），计算出叶绿素a的含量（mg/L），因蓝藻只有叶绿素a，不含叶绿素b，所以测得叶绿素a的含量即为叶绿素含量。

CA=OD663/82（1）

式（1）中：CA为叶绿素a含量;OD为吸光度。

1.4.2 念珠藻密度测量

根据血球计数板计算藻类密度，每个样品重复计数2-3次，最后取平均值。按公式（2）计算出每L念珠藻悬液所含细胞数量。测数完毕后，取下盖玻片，用水将血球计数板冲洗干净，切勿用硬物洗刷或抹擦，以免损坏网格刻度。洗净后自行晾干，放入盒内保存。

藻类密度=生物量*25*107（2）

式（2）中：生物量为一个大方格的念珠藻数量。

1.4.3 念珠藻生物量测量

利用万分之一天平称量5mL离心管重量。将待测藻液摇匀，用胶头滴管吸取2mL藻液加入到5mL离心管中，与12000rpm离心机中离心5min，吸出上清液后用天平称量念珠藻的重量，减去离心管重量后即为念珠藻鲜重，重复此过程3次，最后取平均值。

称量结束后，在将装有念珠藻的离心管放在烘干箱内105℃，干燥2h，在干燥皿中冷却30min后称重。之后将离心管内干掉的藻饼清洗干净，将干净离心管放在烘干箱内105℃，干燥2h，在干燥皿中冷却30min后称重。两者相减即为念珠藻干重。

2  结果与讨论

2.1 念珠藻叶绿素含量和密度

根据实验结果，念珠藻在投加不同质量及不同粒径的聚苯乙烯颗粒后叶绿素含量变化如图1所示，藻类密度变化如图2所示。

由于聚苯乙烯颗粒不溶于藻液，且粒径小质量轻，易漂浮在藻液表面，形成一层白色薄膜，光很难通过薄膜射到水中，且薄膜也严重阻碍了空气中的氧气融到水中，导致念珠藻负增长甚至死亡，叶绿素含量随之降低，藻类不再生长且大量死亡，活的念珠藻数量逐渐减少，生物密度降低。

根据图1、图2可以看出，在投加相同浓度聚苯乙烯微塑料的情况下，在投加0至200μm塑料时，叶绿素和藻类密度随粒径的增加而逐渐变小，在150-200μm处达到最小值。投加的聚苯乙烯微塑料粒径大于200μm时，藻类相比于投加150-200μm塑料粒径的念珠藻叶绿素有所缓慢上升。相同粒径时，投加的聚苯乙烯颗粒浓度越大，对藻类叶绿素和密度的影响越大。当投加塑料颗粒质量大于0.08g時，塑料致使藻类大量死亡，叶绿素含量和藻类密度急剧下降。在投加0.12g聚苯乙烯颗粒时，藻类相比于暴露实验前死亡率接近50%。在投加0.20g时，藻类密度趋于0。

2.2 念珠藻生物量

根据实验结果，念珠藻在投加不同质量及不同粒径的聚苯乙烯颗粒后藻类鲜重变化如图3所示，藻类干重变化如图4所示。

根据图3念珠藻鲜重和图4干重变化可以看出，投加相同质量聚苯乙烯颗粒条件下，由于念珠藻本身质量相对较轻，各个粒径对念珠藻的鲜重和干重影响差别不大，相差在1%-2%左右。因为在投加聚苯乙烯颗粒质量在0.10g以上时，结合图1和图2可以看出藻类叶绿素含量急剧降低，藻类不再生长且大面积死亡，所以各粒径条件下念珠藻鲜重及干重都已接近暴露实验前的质量。在相同粒径时，随投加聚苯乙烯颗粒质量的增加，藻类鲜重和干重也逐渐趋于暴露实验前藻类的鲜重和干重。

3  结论

通过实验结果可以看出，在投加相同质量聚苯乙烯颗粒的情况下，150-200μm粒径塑料颗粒对念珠藻的密度、叶绿素、鲜重及干重负面影响最大。在投加的聚苯乙烯颗粒粒径相同的情况下，投加的颗粒质量越大，在藻液表面覆盖面积越大，对空气中氧气溶于水及阳光照射入水的阻碍越大，从而影响藻类的光合和呼吸作用，从而致使藻类死亡，密度和生物质量急剧下降。实验结果显示，投加0.12g时达到半致死率，投加0.20g时达到藻类全部致死。

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