大型溞对微塑料的摄取及其对藻类生长的促进作用外文翻译资料

 2022-08-04 16:33:08

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中文题目： 大型溞对微塑料的摄取及其对藻类生长的促进作用

摘要

在过去的几十年中，塑料使用量的快速增长导致淡水和海洋生态系统中的塑料污染。然而，与淡水生态系统相比，海洋生态系统中的塑料污染受到了更多关注。这项研究确定了大型溞摄入的微塑料以及微塑料对生物生存和繁殖的潜在影响。该研究还检验了微塑料增强藻类生长的潜力，以支持对微塑料摄入对生物体的影响的理解。当暴露于大小为63–75mu;m的25、50和100 mg/L荧光绿色聚乙烯微珠中时，大型溞摄入了大量的塑料微珠。摄入的珠子数量随着颗粒浓度和暴露时间的增加而增加。然而，尽管大型溞的肠道充满了塑料微珠，但对存活和繁殖没有显着影响。在藻类实验中，在有塑料微珠存在的情况下，暴露的介质中的蚜虫比没有塑料微珠生长的要多。该结果表明，塑料微珠可以作为亚头状红毛虫生长的基质。然后可以将小头菜蚜转移到生物体的肠道中，并为其生存和繁殖提供能量。本研究的结果增加了水生生物摄入微塑料的文献。基于摄入情况解释微塑料的危害时应格外小心，例如测量单位和环境中藻类的存在。

关键词：微塑料 荧光绿色聚乙烯微珠 微量摄入 水溞 七叶硒 鳞翅目

强调：bull;大型溞摄入大小为63-75mu;m的塑料微珠

bull;人体中微量塑料的浓度随着暴露时间的增加而增加

bull;未发现对大型溞的存活和繁殖有显着影响

bull;微塑料增强了藻类的生长

bull;提出了定量测定大型溞肠道中微量塑料的程序

一、介绍

塑料在商业和消费品中有多种用途和应用。在过去的六十年中，塑料材料的使用急剧增加。 1950年，全球塑料产量为170万吨（Plastics Europe，2015）。 2013年估计为2.99亿吨（Van Wezel等人，2016）。大多数塑料材料将在其生命周期结束时进入环境。据估计，2010年，有4.8到1270万吨不当处理的塑料废物通过淡水方式直接或间接进入海洋（Jambeck等，2015）。在美国，2013年产生了约2990万吨的塑料废物（美国环保局，2015年）。根据用途，生产的塑料有不同的类型，形状和尺寸。例如，高达80％的塑料需求是聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯，聚苯乙烯，聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二酯（Plastics Europe，2014年）。进入环境后，大型塑料材料可能会由于加热，光化学反应，氧化过程等而破碎成小块，并且可能会长期存在。尺寸为N5 mm的塑料定义为大塑料。根据研究，微塑料是大小为5毫米或1毫米的塑料颗粒（Rochman等人，2016）。纳米塑料是大小在1微米至100纳米之间的塑料颗粒（Rochman等，2016）。

据古恩等（2011年），2009年美国在液体肥皂产品中购买了约263吨聚乙烯微珠。2012年，欧盟国家，挪威和瑞士在化妆品中使用了约4073吨聚乙烯微珠（Gouin等，2015）。最近的研究表明，大量的塑料来自消费品，然后进入废水处理厂，最后进入淡水系统。在荷兰的污水处理厂废水中发现了浓度为20-150颗粒/ L或0.2-66mu;g/ L的微塑料（Van Wezel等人，2016）。在美国，据估计，每天通过废水处理设施将微珠从化妆品和个人护理产品释放到水道中的量为每天3至230亿个颗粒（Mason等人，2016）。 Eriksen等人的研究（2013年）发现五大湖地区的微塑料浓度为43000至466000颗粒/ km2。Moore等（2011年）报告称，郊狼溪，圣盖博河和洛杉矶河的塑料浓度分别为4999个/立方米，51603个/立方米和1146418个/立方米。塑料，特别是微米和纳米塑料在自然环境中的持久性对生物体构成潜在的风险。

最近，人们越来越关注微塑料在环境中的命运和作用。已经对海洋生物进行了许多研究，探讨了微生物的暴露及其潜在影响（Van Franeker等人，2011; Besseling等人，2014; Von Moos等人，2012; Wegner等人，2012; Cole等人，2012； Farrell和Nelson，2013；Wright等，2013；Baulch和Perry，2014； Chua等，2014；Watts等，2014；Avio等，2015；Van Cauwenberghe等，2015）。此外，据报道，塑料污染对600种海洋生物也有不利影响（《生物多样性公约》秘书处，2012年）。由于塑料通常存在于天然水生生态系统中，因此确定微塑料对淡水生物的潜在影响非常重要。先前的一些研究表明，随后观察到淡水生物摄入了微塑料并对其产生了不利影响（Rosenkranz等，2009; Ramos等，2012; Rochman等，2013; Sanchez等，2014; Au等。2015；Booth等，2016；Greven等，2016；Jemec等，2016；Ogonowski等，2016）。大型溞摄入塑料颗粒取决于颗粒的类型，大小和形状。大型溞被发现摄入尺寸最大为1400mu;m，宽度为528mu;m的微塑料纤维（Jemec等，2016）或106mu;m的微塑料珠（Frydkjaelig;r等，2017）。塑料颗粒的作用取决于生物体的摄食能力和摄食能力。研究表明，尖刺颗粒（例如碎片、纤维）比光滑颗粒（即球形珠）具有更大的作用潜力，因为尖刺颗粒的分离比光滑颗粒的分离更困难（Frydkjaelig;r等人，2017）。

大型溞（Rosenkranz et al.，2009; Jemec et al.，2016;Frydkjaelig;ret al.，2017）和桡足类（Cole et al.，2013）进行了许多关于微塑性摄食和节食的研究。使用短期接触方法，接触和净化时间为48小时。在自然环境中，生物通常会长期暴露。因此，为了观察塑料颗粒在自然环境中的潜在影响，长期暴露方法更为重要。对于浮游动物，例如大型溞，主要饮食是绿藻，它们可以在塑料表面上定居并生长（Gross等人，2016; Kumar等人，2017）。因此，塑料材料的存在会由于在摄取塑料时占据肠道空间而抑制生物体的食物摄取，或有益于生物体，例如增强环境中的藻类生长，Ogonowski等人的研究（2016年）表明，在低藻浓度下，发现微塑料对大型溞的繁殖具有负面影响，但在高藻浓度下观察到对生殖的正面影响。塑料颗粒对大型溞摄食的干扰尚不完全清楚。

本研究的目的是：1）确定大型溞摄入的微塑料及其对生物生存和繁殖的潜在影响； 2）确定微塑料是否增强藻类的生长。以后的研究目的是支持理解在长期暴露条件下将绿藻作为生物体食物添加到暴露介质中的微生物摄入对大型溞存活和生长的潜在影响。

二、方法和材料

2.1有机体

本研究中使用的大型溞来自芝加哥洛约拉大学的环境可持续性研究所（IES）。将大型水溞培养物保持在1 L的玻璃烧杯中（每个烧杯30个）。烧杯中装有800毫升由16-18MOmega;MilliQ水和实验室级化学药品（CaSO4·2H2O，MgSO4，NaHCO3和KCl）制成的中度硬水（MHW），用于慢性毒性测试，2002）。培养基的水质如下：CaCO3硬度为80至84 mg/L，CaCO3碱度为55至61mg/L，pH为7.19至7.89，溶解氧（DO）浓度为从6.87至8.32 mg/L.将培养物维持在21.2至25.6℃的温度和16小时：8小时的光：暗光周期中。随后换水后记录溶解氧，pH和温度。用溶解氧测量仪（型号YSI 550A）测量溶解氧和温度，用Fisher Scientific Accumet便携式实验室测量仪（型号AP110）测量pH。向大型溞饲喂6 mL浓度为3times;107细胞/ mL的藻类混悬液，并加入3 mL酵母，谷物叶和鳟鱼（YCT）。根据美国EPA方法（美国EPA，2002年），在Loyola IES中培养和制备藻类和YCT。

2.2实验设计和程序

为了确定微塑料的摄入以及摄入的微塑料对大型溞存活的潜在影响，将大型溞（7天大）在MHW中暴露于微塑料中21天。Rosenkranz等人在这个生命阶段使用了大型水溞。MHW如上所述通过US EPA方法制备。本研究中使用的微塑料是绿色荧光聚乙烯微珠，尺寸范围为63-75mu;m，颗粒密度为0.99-1.01g/cm3。并通过Loyola IES中的Thermo Scientific FTIR光谱仪Nicolet IS10进行了验证。这种大小范围的塑料微珠通常用于个人护理产品中，例如牙膏，洗面奶和肥皂，并且由于废水处理设施无法有效过滤它们而最终进入环境。从化妆品和个人护理产品释放的微塑料，每天通过废水处理设施进入美国水道，据估计每天有3至230亿颗微粒（平均130亿颗）。此外，我们的筛选研究表明，7天大的大型溞在暴露后6小时内以这种大小范围摄入了塑料微珠。将这些尺寸的塑料微珠用于Hyalella azteca针对该研究目的，设计了一个对照（无微塑料）和三种浓度的微塑料（25、50和100 m /L或1905357、3810714、7621429个颗粒/ L），每组重复四次。根据我们的筛选研究结果（未发表）并在Au等人使用的浓度范围内选择这些浓度（2015）。复制室是装有400mL MHW和10个7日龄的大型溞的473mL Mason玻璃罐。设置了两组测试室。其中一个用于确定微塑料的摄入量，并在暴露5天后终止，观察到新生大型溞的第一胎。另一组用于测量微塑料对大型溞存活和繁殖的潜在影响，运行了21天。在实验结束时也确定了本实验的微塑料摄入量。实验是在Loyola IES的生态毒理学和风险评估实验室中，在23plusmn;1°C的实验室条件下，以光：暗= 16 h：8 h进行的。

通过称量当量的塑料微珠并在每个处理复制室中分别与300 mL MHW混合，来制备微塑性处理。将微塑料溶液与玻璃棒混合1分钟，然后在实验室条件下凝固4分钟。重复混合设定步骤三遍，总持续时间为15分钟.根据Au等人发表的方法，制备了单独的微塑性溶液（1.5 mg/mL）。定量每毫克微塑料中的微塑料颗粒（MPs）数量。MP的定量是在Loyola IES中配有Ofinity 2-1RC摄像机的Olympus SZX7显微镜上进行的。进行了十次测量，确定了平均浓度为76214 MPs / mg的微塑料，标准偏差为9110。该塑料浓度用于基于每次处理的微塑料的使用量来计算处理浓度。大型溞的质量摄入量还基于每个生物体摄入的颗粒数和每毫克微塑料的MP数计算得出（76214）。随机选择两个成年的大型溞，并将其一次转移到处理室中，以确保暴露室中生物的无偏分布。重复该步骤五次，直到每个处理室接收到10个生物。将处理测试室随机放置在上述Loyola IES测试室中的金属架子上。将生物体转移到暴露室开始了实验。

每天给生物喂食浓度为3times;107个细胞/ mL的藻类悬浮液，每个生物体以0.1 mL的速率喂食YTC。每隔一天更新一次对照水（MHW）和接触处理（使用微塑料的MHW）。为了减少水更新过程中残留的微塑料，首先使用移液器将每份重复的大型溞转移到临时保存容器（装有MHW的梅森玻璃罐）中。尽可能减少残留的测试水。然后将生物体再次转移到另一个装有新的暴露介质的重复测试室中。每天计数和记录新生儿的死亡率和数量。如果一个固定不动，并且用6times;博士伦显微镜检查后未观察到器官运动，则认为该人已死亡。计数后，将新生儿从测试室中取出。

在5 d和21 d暴露实验中均进行了大型溞对微塑性食物摄入的验证和定量。对于5d暴露实验，在实验结束时，随机选择了两个大型溞，并在配备Infinity 2-1RC相机的Olympus SZX7显微镜上验证了其是否可吸入塑料。在验证了微塑性摄入之后，将大型溞返回其暴露室，并通过重复处理收集生物，并在0°C下冷冻，然后进行进一步分析。基于Masura等人开发的“海洋环境中的微塑料分析方法草案”对摄入的微塑料进行定量（2015年），对本研究进行了修改。用50％的硝酸在50°C下消化大水溞约3小时。选择的酸浓度和温度是根据我们的初步实验确定的，以确保在这种消化条件下仅溶解大型溞组织而不溶解微塑料。然后将消化的溶液用去离子水稀释，并通过47 mm Whatman玻璃微纤维过滤器过滤。使用Welch 2511干式真空泵/压缩机进行过滤。过滤后，将过滤器在室温下风干一小时，然后放置在显微镜台上以定量MP的数量。从21天的暴露实验中，采用类似的方法定量分析了大型溞中的微塑料。

为了确定微塑料是否能增强藻类的生长，将绿色荧光聚乙烯微球和藻类用于实验。该实验包括一个对照（无微塑料）和一种130 mg/L的微塑料处理方法，每个处理重复三次。向每个处理室中加入浓度为3times;107细胞/mL的1mL藻类以开始实

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