关键词： 环境   微塑料   污染现状   潜在风险  

摘要： 微塑料(MPS)作为一类新兴污染物广泛分布于全球环境介质中,近年来引起了人们的关注。介绍了微塑料的来源、分类,以及其在我国河流、湖泊、海洋、土壤、大气等环境介质中的赋存现状和分布特征研究进展。此外,微塑料因其粒径小、比表面积大、难降解、具有生物富集效应及可能缓慢释放有毒单体化合物等性质而具有潜在的环境危害,可经呼吸道、消化道及皮肤进入生物体内并累积在组织器官中,产生毒性反应,对生命体健康造成威胁,其潜在环境效应已成为国内外研究的热点对象之一。梳理了微塑料对动植物和微生物产生的潜在生态毒性效应和环境危害,提出加强微塑料污染的应对措施和建议,旨在提高人们对环境微塑料污染危害的认识。

关键词： 微塑料   土壤   污染特征   检测技术   方法标准   技术规范.  

摘要： 微塑料一般是指粒径小于5 mm的塑料碎片,作为一种新污染物已经成为全球环境领域的研究热点.土壤作为环境中微塑料的最大储库,土壤中微塑料的污染逐渐引起重视并取得了一定的研究进展.本文系统了梳理了国内外土壤中微塑料的污染现状和污染特征,介绍了土壤中微塑料检测技术研究进展,重点探讨各类样品采集、前处理和和定性定量方法的优缺点以及对土壤中微塑料检测的适用性,分析了土壤中微塑料检测技术研究面临的主要挑战,提出未来土壤中微塑料污染调查与检测技术的研究方向,以期为科学开展土壤中微塑料污染风险治理与管控提供技术支撑.

关键词： 水污染治理   重金属污染   微塑料污染   粉煤灰改性   复合污染   磁性材料  

摘要： 微塑料作为一种高分子聚合物,因其分布广、毒性强、体积小等引发一系列水环境污染问题,尤以聚苯乙烯（PS）塑料检出量最高。而在微塑料污染水体中往往伴随重金属的存在,尤其铜（Cu）和铅（Pb）污染突出。因此,一种新型复合污染,即微塑料和重金属复合污染问题逐渐被重视。而有关如何同步去除水体中微塑料和重金属已成为环境与生态领域的研究热点。鉴于此,本研究使用粉煤灰作为原材料,通过共沉淀制备了一种新型磁性多孔材料（简称磁性材料）,并评估了磁性材料中重金属的环境安全性。在此基础上,通过表征手段探究粉煤灰和磁性材料形貌结构及官能团的变化。通过室内实验和理论计算等方法,研究了磁性材料对混合溶液中纳米级PS微塑料（PSNPs）和Cu/Pb的同步去除效果、影响因素及去除机制,并探讨了磁性材料对实际生活污水中微塑料和Cu/Pb同步去除效果。该研究结果将为水体中微塑料和重金属复合污染提供有效的治理措施及建议。取得的主要结论如下:（1）证实了粉煤灰可以通过共沉淀法成功合成新型环保磁性多孔材料。通过表征分析,发现粉煤灰合成磁性材料表面疏松多孔,有大量的铁氧化物生成。比表面积从1.74 m2/g增加至23.4 m2/g,磁化强度从0.0189 emu/g增加到4.23 emu/g,且Fe-O和Si（Al）-O等官能团增多,这些理化性质的改变均有利于材料对污染物的去除。此外,磁性材料中重金属Cd、Cu、Pb、As和Hg的最大溶出浓度分别为0.408、2.34、3.74、27和0.856μg/L,含量均低于国家规定环境风险值,表明磁性材料可用于污染水环境治理,不会对环境造成二次污染。（2）阐释了磁性材料对混合溶液中PSNPs和Cu/Pb的同步去除过程。实验结果证实了磁性材料对PSNPs和Cu/Pb有去除效果,且对复合污染中污染物的吸附量要高于单一污染。动力学结果表明,磁性材料对Cu/Pb以化学吸附为主,PSNPs为物理吸附。吸附等温线拟合发现,Freundlich模型能较好的拟合磁性材料对水体中Cu/Pb的单一和同步吸附去除过程,而Langmuir模型能较好的拟合磁性材料对PSNPs的单一吸附行为,Sips模型则能较好的拟合混合溶液中磁性材料对PSNPs的吸附过程。吸附热力学和吸附-解吸实验结果表明,磁性材料对PSNPs和Cu/Pb吸附是自发吸热的,且磁性材料有较好的使用寿命和循环利用性。（3）明确了实验影响因素对磁性材料同步去除PSNPs和Cu/Pb的影响。在复合污染溶液中,阳离子(Na+、Ca2+、Fe2+、Fe3+)能提升磁性材料对PSNPs的去除,而对Cu/Pb的去除有抑制作用,溶液pH和腐殖酸浓度增加促进磁性材料对Cu/Pb的去除,但对PSNPs去除有抑制作用。溶液pH为7时,磁性材料对微塑料和Cu/Pb表现出较好的去除效果。溶液中共存无机物（铵态氮、磷酸盐）和有机物（亚甲基蓝和四环素）也会影响磁性材料对PSNPs和Cu/Pb的同步去除效果。实际水体水质参数也会影响磁性材料对PSNPs和Cu/Pb的同步去除能力。（4）揭示了磁性材料对混合溶液中PSNPs和Cu/Pb潜在的去除机理。磁性材料对复合污染溶液中PSNPs和Cu/Pb的吸附行为存在差异性。磁性材料可以通过离子交换、表面络合、阳离子-π作用和化学沉淀来达到去除Cu/Pb的目的,而对PSNPs主要是静电吸引为主,还有部分氢键作用和表面络合等。在混合溶液中Cu/Pb通过离子桥接作用促进磁性材料对PSNPs的吸附。在去除过程中,Cu/Pb主要与Si（Al）-O基团发生化学交互作用,而PSNPs主要与铁氧化物发生静电作用。（5）证实了磁性材料对实际生活污水中微塑料和Cu/Pb有同步去除的可行性。使用磁性材料作为填充滤料对实际生活污水中微塑料和Cu/Pb进行去除研究,发现磁性材料对微塑料、Cu和Pb去除率分别达到94.8%、80.4%和95.5%。材料的填充高度和污水流速对污染物去除有重要影响。磁性材料对生活污水中微塑料的去除机制与静态吸附存在部分差异,主要归因于微塑料的聚合物种类、形状类型、数量以及其它共存物质的影响。通过对材料吸附稳定性、经济性及不同工艺对微塑料和重金属去除性能评价,证实了磁性材料对生活污水中微塑料和Cu/Pb有较好的去除能力。综上所述,以粉煤灰制备的新型磁性材料能有效同步去除水体中微塑料和Cu/Pb,这主要归因于磁性材料多功能化的形貌结构和官能团等。基于对粉煤灰合成磁性材料的安全评价、去除效果、影响因素、响应机制及实际应用等方面探究,本文为微塑料和重金属复合污染水体治理提供了新的视角。

关键词： 混凝   超滤   微塑料   酸碱老化   离子型表面活性剂  

摘要： 作为一种新兴的污染物,微塑料在淡水环境中已被广泛检出,严重影响着人们日常所需的饮用水品质,对人类健康造成威胁。同时,大量研究表明,地表水中赋存微塑料的老化行为,增加了其在复杂水环境中转化与归趋的不确定性。超滤（UF）作为一种高效的水处理技术,在水处理领域得到了广泛而高效的应用,运用超滤工艺能显著提高微塑料的去除效率,但膜污染问题始终是限制其进一步发展的重要原因,因此往往需要进行预处理或与其它工艺联用。混凝-超滤（C-UF）工艺可以显著提高有机物去除率并减缓超滤膜污染。水源中不同组分的污染物质造成的膜通量下降和膜污染的可逆性是不同的,因此考察含老化微塑料的多重污染物对混凝-超滤联用过程中絮体成长及膜污染的影响机制,在有效控制膜污染、提高膜滤效能等方面有着重要意义。 本文分别采用碱性和酸性预处理法来加速微塑料的老化过程,通过改变碱性和酸性的浓度来获得具有不同老化程度的微塑料,并将其用于微塑料老化程度对C-UF工艺中絮体形态演变及超滤膜过滤效能、膜污染程度影响的研究。这里,无论是对于氢氧化钠还是盐酸溶液来说,我们预先设置了两种溶液浓度（1和5 mol/L）来考察酸碱溶液浓度对于化学预处理微塑料特性以及后续混凝-超滤性能的影响。为方便下文阐述,将这些类型的微塑料分别标记为“PP-pris”,“PP-HCl”,“PP-HCl”,“PP-Na OH”和“PP-Na OH”,具体探讨如下: 1)探究了酸碱预处理方法获取老化程度不同的微塑料的可行性,并明确微塑料在不同老化程度下的物化特性及其相应老化机制。通过对比酸碱老化两种条件下微塑料表面形态及化学官能团成分的变化,发现酸碱预处理可用于实验室内加速微塑料的自然老化过程。通过电子扫描显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱分析仪（FTIR）、X射线光电子能谱（XPS）、Zeta电位仪等表征手段,建立微塑料表面物理形貌、化学官能团含量与酸碱预处理浓度之间的响应关系,并广泛调研与老化相关的文献,证实了老化机理为酸碱试剂引发的聚合物链式反应。 2)对比了在采用铁盐投加的化学混凝处理过程中,原生及酸碱老化后的微塑料和胶体颗粒之间形成絮体的形态演变、沉降特性及再生长能力的差异,并以此得到老化微塑料对应的混凝机理。结果表明,随着预处理浓度的增加,微塑料颗粒表面形貌更加褶皱破碎,表明在塑料表面产生了更多的吸附位点。UV的去除率随预处理浓度的增加而增加,其效果由高到低排序为:PP-Na OH>PP-HCl>PP-Na OH>PP-HCl>PP-pris,表明随着微塑料老化程度的增加,混凝水样上清液中溶解有机质（DOM）越少。更多的DOM吸附在非晶态金属氢氧化物上并参与到絮体的成长过程中。随着微塑料老化程度的增加,絮体强度变弱,PP-Na OH体系发生的絮体破碎及不可逆性最明显,此时含量最丰富的腐殖质吸附在聚合物链上,吸附架桥是主导机制。 3)通过对比不同老化程度的微塑料对混凝-超滤联用工艺中膜污染特性的影响机制,为饮用水处理工艺中膜污染的缓解与控制提供理论依据。结果表明,混凝对含老化微塑料的复合污染物的去除主要是通过调控水样中各种有机物的聚集机制实现的,但混凝对膜污染的缓解能力有限,对膜通量有着一定程度的改善,同时滤饼层的形成可显著提高污染物的截留率。微塑料的老化程度越高,絮体的平均粒径越大,分形维数越小,更有利于形成松散不均的滤饼层,并且膜上形成的可逆性膜污染的占比越大,不可逆性膜污染占比越小。然而,随着微塑料的老化程度进一步增加,膜污染会略微加剧,因为吸附位点较多的絮体会产生更厚实的滤饼层。 4)提出了采用离子型表面活性剂（SAA）负载于超滤膜表面形成动态吸附层的方法,作为协同缓解膜污染,提高模拟微污染水中腐殖质、老化微塑料等污染物的去除效果并优化出水水质的可行性策略。结果表明,与原生微塑料相比,老化程度增加的微塑料,在其表面会产生更多的羰基和羟基等含氧官能团,这有助于老化微塑料与离子型表面活性剂通过静电作用和氢键增加大胶束产生的可能性,并借助超滤膜的尺寸筛分效应将其截留。与十二烷基硫酸钠（SDS）相比,十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的存在可形成更松散、多孔结构更丰富的次生保护膜,从而导致可逆性污染的比重增加,膜通量恢复率更高。 综上,本研究明确了酸碱溶液预处理浓度对微塑料物化特性的影响机制,以及不同老化程度微塑料对混凝预处理过程中絮体形态演变特征的影响,进而探究UF阶段膜滤效果及膜污染行为的影响,并评估了老化微塑料-SAA体系对UF阶段的影响机制,为实现水源水中广泛赋存的老化微塑料在水处理工艺中高效削减的相关研究提供了有效的理论指导和技术支撑。

关键词： 海洋污染   船舶垃圾   微塑料   法律规制  

摘要： 船源海洋微塑料会对海洋生物健康产生不利影响,并通过食物链进入人体,被认为是全球亟待解决的新环境问题。明晰当前学术界广泛认同的船舶微塑料的概念,厘清目前科学研究所证实的船舶微塑料来源与其特殊属性,为相关法律规制的探讨提供技术依据。通过梳理船舶微塑料污染对生态环境与人类社会的危害,引出对其进行法律规制的现实紧迫性。从船舶微塑料污染对国际法治的需求及必要性两个层面加以论证,表明对其规制的现实意义。通过对已有国际法律规制框架进行实证分析,国家与国际组织回应船舶微塑料污染的实践考察,检视全球范围内对于船舶微塑料污染法律规制的动态发展,体现国际社会的发展举措对于推动船舶微塑料的国际法治有正向作用,也明确了现行的国际法律框架对于船舶微塑料污染存在适用的可能性,并可以通过法律解释等方式进行规制适用,同时在对现行法律规制的梳理中发现当前所处阶段对船舶微塑料污染的治理显然不足,相应治理更待厘清。通过进一步对现行国际法框架下船舶微塑料污染规制的问题审视,选取其中凸显的问题进行分析。当前主要存在船舶微塑料污染相关国际法规则碎片化、由碎片化导致公约实施部门的协调不畅、相关国际立法的针对性与专业性不足等问题;在相关国际法实施中,存在法律规制与船舶微塑料污染科学研究领域的非同步性、国际民事责任制度的缺位以及国家管辖区域外船舶微塑料污染的规制存在真空。针对船舶微塑料污染规制的现存问题,探索提出可以形成补足的方法。通过构建船舶微塑料污染相关强行法的具体制度,同时加强国际软法的引导,并协调国际公约与国内法之间的规范契合,来实现船舶微塑料污染的强行法规制与软法引导结合。通过强化船舶微塑料污染相关规则的国际协调与合作,弥补碎片化现状,同时建构船舶微塑料污染全周期监测的国际标准,以深化相关公约在具体制度的国际合作。以国家守约为核心的执行机制和生产者责任下的国际民事赔偿机制,来构建国家守约为中心的船舶微塑料污染国际法治理制度。通过弥合现存不足,为船舶微塑料污染规制的困境探寻因应之道。随着中国参与全球海洋治理的能力提升和影响扩大,船舶微塑料国际法规制进程中,中国应坚持中国立场,提出契合广大发展中国家和自身国家利益的治理主张。中国航运业的兴旺不仅促进了经济的发展,也随之带来不容忽视的新兴船舶微塑料污染问题。通过探寻国内法律规制的欠缺之处,结合域外相关立法经验,以完善中国国内对船舶微塑料污染的法律规制,及时预防和管控该污染造成的海洋环境损害。

关键词： 16S rRNA基因扩增子   海洋塑料降解   基因组分析   塑料圈  

摘要： 随着塑料的过度使用,导致大量的塑料被废弃,一部分进入了空气和土壤,大部分的塑料颗粒在风力等作用下,进入海洋,在风、紫外线等作用下,生成微塑料(MPs)进入沉积物,影响微生物群落组成和氮循环过程。本次实验利用富集培养体系,通过添加低密度聚乙烯(Low density polyethylene)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate)和聚丙烯(polypropylene)三种不同类型的微塑料,进行180天的富集培养,结合16S rRNA基因扩增子测序技术,探究塑料添加后对沉积物细菌群落的影响及塑料表面定殖的规律。对富集末期的样品进行可培养分析,结合红外光谱、扫描电镜对微塑料表面进行表征,筛选潜在的降解菌株并进行比较基因组分析。主要结果如下:(1)通过添加微塑料,影响了沉积物细菌群落的均匀度,在富集前期对细菌群落的功能有一定影响。群落结构、物种组成、功能预测结果均表明,群落具有明显的演替规律,但在富集中后期,群落达到相对稳定的状态,这表明微塑料对沉积物细菌群落的影响,可能是短期内作用的结果;(2)微塑料表面附着细菌群落具有明显的差异性,细菌群落丰富度、群落结构、物种丰度,网络性质均具有明显差异;科分类水平上,Pseudomonadaceae在PET和LDPE表面的相对丰度较高。表面附着细菌明显区别于周围水环境,具体体现在物种组成、多样性等多个方面差异,且功能预测结果表明,微塑料表面定殖的细菌群落是潜在的塑料降解菌株的来源。(3)180天富集液中可培养菌株数目,明显多于塑料表面可培养菌株数目,LDPE表面,发生了明显的降解,降解相关的细菌更多来自于微塑料表面附着类群。对其中两株菌株进行基因组注释,得到了潜在的LDPE降解菌株。筛选到的两株Bacilus菌株进行基因组分析,KEGG Ortholog数据库、CAZyme数据库和antiSMASH数据库6.1.16均注释到和塑料降解相关的基因和代谢通路,可能具有潜在的塑料降解能力。这些研究结果对于深入了解微塑料的环境行为、生态效应以及微生物与微塑料之间的相互作用具有重要意义。进一步的研究可以探究微塑料表面附着微生物的代谢功能和生态效应,为微塑料的环境管理和治理提供科学依据。

关键词： 聚乙烯微塑料   聚氯乙烯微塑料   微塑料   土壤污染   光合作用  

摘要： 作为一种广泛分布的有机污染物,微塑料对环境和生物的危害受到越来越多的关注。聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）塑料是农业生产过程中微塑料的主要微塑料污染物,二者单一与复合污染对农田土壤理化性状、以及作物的毒害作用仍不清晰。本研究采用田间小区试验的方法,通过对土壤物理性状、营养元素含量、温室气体排放、酶活性、大豆氧化损伤、大豆光合作用、大豆根系指标和大豆各部分生物量的测定和分析,探明了PE和PVC微塑料单一和复合污染对土壤理化性状及大豆生长、生理特性的影响规律。主要研究结果如下:与CK处理相比,微塑料处理中仅有PE微塑料单一污染在大豆苗期和花期显著降低了土壤容重8.14%～9.69%、增加了土壤孔隙度8.59%～11.90%;PE、PVC微塑料单一与复合污染显著提高了土壤日最高温（0.54～1.23℃）、土壤温度变化率,降低了土壤日最低温（0.98～1.97℃）和土壤含水率（6.83%～8.22%）,其中PVC微塑料单一污染影响最为显著。与CK处理相比,微塑料处理中仅有PE、PVC微塑料复合污染分别显著降低了大豆苗期土壤有效磷、速效钾含量16.08%和8.75%;PE微塑料单一污染显著降低了大豆苗期、花期、结荚期土壤铵态氮含量12.30%～19.71%;相较于CK处理,PE和PVC微塑料单一与复合污染对大豆三个生育期土壤全氮、碱解氮含量无显著影响;PE和PVC微塑料单一与复合污染在大豆花期、结荚期分别显著提高土壤硝态氮和有机质含量14.53%～20.13%和9.86%～25.33%。PE和PVC微塑料单一与复合污染大豆三个生育期中土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶和蛋白酶活性分别显著小于CK处理2.72%～24.11%、4.54%～18.89%、5.91%～44.19%和7.24%～27.45%,但显著增加了土壤过氧化氢酶活性41.37%～102.44%,其中PVC微塑料单一污染对土壤酶活性的影响显著大于PE微塑料单一和二者复合污染。PE、PVC微塑料单一与复合污染对大豆不同生育期土壤温室气体排放影响不同,其中CO2排放量在花期显著降低0.16～0.94μmol/m2s,CH4排放量在苗期和结荚期分别显著下降4.81～6.96ug/m2h和1.70～3.14 ug/m2h,NH3排放量在苗期和花期分别显著下降5.09～7.57ug（N）/m2d和2.59～3.72 ug（N）/m2d,N2O排放量则在花期和结荚期期分别显著下降11.73～16.11 ug（N）/m2h和12.09～16.49ug（N）/m2h;相较于所有微塑料污染处理,其中PE和PVC微塑料复合污染对土壤CH4排放量影响最显著,PVC微塑料单一污染对土壤CO2排放量影响最显著,微塑料污染处理间土壤N2O和NH3排放量差异均不显著。与CK相比,PE和PVC微塑料单一或共同污染都对大豆植株造成了严重的氧化损伤,导致脂质过氧化和T-SOD活性增加（23.05%～36.37%）,Chl含量下降（6.91%～14.02%）,其中PVC单一污染比PE单一以及二者复合污染对大豆氧化影响更大。PE和PVC微塑料显著抑制了大豆叶片的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度,但胞间二氧化碳浓度未受到显著影响,表明气孔限制因素是微塑料导致大豆净光合速率降低的主要原因,其中PVC微塑料单一污染对大豆叶片气体交换的抑制作用最显著。基于OJIP荧光动力学的分析和叶片能量通量现象学模型的构建,表明在PE和PVC微塑料的影响下PSII供体和受体两侧的电子表现出电子传输和能量传递的减少与不平衡;同时PSII能量的吸收、捕获、传递和活性反应中心的密度均受到显著抑制,但增加了大豆PSII中热能的逸散量;PVC微塑料污染对大豆PSII阶段的影响最大。微塑料污染处理大豆地上部、地下部生物量较CK分别显著降低9.88%～14.88%和24.08%～27.01%;PE、PVC单一与复合污染大豆根系长度、根系活力、生物量和产量分别显著小于CK处理24.12%～28.03%、12.75%～30.63%、14.02%～20.77%和19.96%～35.15%,微塑料处理中PVC微塑料单一污染对大豆根系长度、活力及大豆生物量产量的影响显著大于PE微塑料单一污染和二者共同污染。

关键词： 鲣   微塑料   分子对接   代谢组学   污染特征  

摘要： 鱼类尤其是具有高营养价值的大洋经济鱼类,是人们获取优质蛋白的主要来源。然而,微塑料（Microplastics,MPs）污染遍布全球,可随摄食或呼吸等方式进入生物体,并沿食物链传递,最终对海洋鱼类甚至人类健康造成潜在风险。鲣作为大洋渔业主要捕捞对象,是否受到微塑料污染的影响得到国际社会的广泛关注。本文以来自东太平洋海域（5°S–12°S,120°W–140°W）随机捕捞的鲣为研究对象,对其进行了微塑料污染特征研究,包括微塑料的形状、粒径、颜色、聚合物类型及丰度等,旨在明晰东太平洋鲣鳃、食道、胃、肠道和肌肉等部位的微塑料分布情况,揭示该海域鲣的微塑料污染水平。同时利用分子对接技术,用计算机模拟的方法研究优势微塑料聚合物和差异代谢物分子之间的相互作用。采用代谢组学的方法,以鲣肌肉组织的小分子代谢物为研究对象,获取显著差异代谢物的数量和代谢通路等信息来剖析鲣摄食微塑料后其行为和生理变化等特征,从代谢分子水平探讨东太平洋鲣微塑料污染的生理影响和健康风险。主要研究结果如下:（1）22尾鲣样本平均（±SD）叉长为56.45±13.82 cm,平均（±SD）体重为4.19±2.58 kg。鲣不同组织（包括鳃、食道、胃、肠道和肌肉）中共挑出1727个疑似颗粒,经拉曼鉴定共有125个微塑料。共有20条鲣检测到微塑料,检出比例高达91%,其中单条鱼检出微塑料数量最多为22个;不同组织间食道微塑料丰度最高,可达0.04±0.09 items g-1,肌肉最低,仅为0.01±0.01 items g-1。鲣样本中肌肉组织的微塑料检出率为68.18%,此次研究的鲣样本中共检测出6个线状的微塑料且全部在鲣的肌肉组织中;鲣各组织中鳃和消化道的微塑料含量最多占总数的72.8%,而肌肉的微塑料含量仅占27.2%。显微拉曼光谱分析结果显示,根据不同的化学组分,共检测到8种微塑料聚合物,其中PES最多,占微塑料总数的30.4%（n=38）,其次是PET（23.2%,n=29）;从颜色上看,共检测到10种颜色的微塑料,其中白色含量最高,占所有检出微塑料的28%,红色和绿色最少,各占1.6%;从形状来看,共检测到4种不同形状的微塑料,包括纤维、碎片、薄膜和线状,其中纤维占绝大多数,高达81.6%,线状最低仅为4.8%;从大小上看,1-2.5mm微塑料分布最多,达44%,0.5-1mm微塑料分布最少,仅占15.2%。（2）将优势微塑料聚合物与差异代谢物进行分子对接分析,结果表明,PET可与甘油激酶蛋白的活性位点结合,结合能为-6.38 kcal/mol,分子间能为8.17kcal/mol。此外,PET与Arg83、Gln246、Thr267、Gly268形成四个新的氢键相互作用,形成稳定复合物,影响甘油激酶蛋白的活性。（3）鲣肌肉组织的代谢组学分析表明,发现24个显著差异代谢物,16个差异代谢物上调,8个差异代谢物下调,可用作生物标记。在差异代谢物中,甲基丙二酸和丙酸上调（Methylmalonic acid:VIP=4.363;FC=2.230;p-value=0.012）(Propionic acid:VIP=2.136;FC=2.076;p-value=0.017)可诱发神经疾病,可能是造成鲣游泳模式异常的原因,磷酸胆碱和尿酸上调可诱发鲣炎症,苹果酸下调（Malate:VIP=5.457;FC=0.654;p-value=0.048）使得鲣面临细菌的感染风险,相反,甘油-3-磷酸、磷酸肌酸和羟基积雪草甙上调则是鲣应对MPs积累的一种自身保护机制,后期针对恢复鲣神经元活性和游泳模式,可从这三个代谢物进行研究。显著性差异代谢物分析表明甜菜碱表达下调,因其处于甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢途径中,可能影响鲣氨基酸水平下调,造成鱼类免疫反应异常。本研究的代谢产物中,1-硬脂酰-2-油酰-sn-甘油3-磷酰胆碱（SOPC）显著下调,sn-甘油3-磷酰胆碱的代谢物显著下调,磷酸甘油酯参与细胞膜组成,磷脂代谢紊乱可能干扰细胞膜的稳定性和结合蛋白的能力。其中,3-磷酸甘油酯的表达量是对照组（肌肉中未检测到微塑料）的1.66倍,p值显著为0.010,这一结果表明微塑料会激活甘油激酶蛋白活性。（4）KEGG通路富集分析结果表明,差异代谢物主要富集于新陈代谢,胆汁分泌,丙酸酯代谢,近端小管碳酸氢盐回收,乙苯降解,甘油磷脂代谢和胆固醇代谢。其中,胆固醇代谢和甘油磷脂代谢参与构建生物膜,维持生物体基本生命活动;乙苯降解和丙酸代谢用于缓解体内毒性;近端小管碳酸氢盐回收负责调解血液p H。富集程度最显著的是甘油磷脂代谢,而通路中包含代谢产物数目最多的是新陈代谢。

关键词： 微塑料   重金属   生菜   生长效应   土壤-植物系统  

摘要： 微塑料作为一种直径小于5 mm的新型污染物广泛存在于土壤环境中,其暴露于重金属污染土壤中可以作为重金属的载体分子,形成微塑料-重金属复合污染,对土壤-植物系统、农业生产甚至人类健康造成巨大风险。目前倡导用生物可降解塑料代替传统塑料以缓解微塑料污染,然而,生物可降解微塑料在土壤环境中的风险尚未得到很好的探索。并且随着暴露时间的增加,微塑料发生老化而致使其性质变化,目前尚不清楚不同类型微塑料老化后与重金属之间的相互作用机制及对植物毒性和生长的影响。针对以上问题,本研究以生菜为研究对象,以镉(Cd)铅(Pb)污染土壤为供试土壤,以传统微塑料聚乙烯(Polyethylene,PE)和生物可降解微塑料聚乳酸(Polylactic acid,PLA)为供试塑料,设置4个浓度梯度(0、0.1%、1.0%和5.0%,w/w),开展盆栽试验探究不同微塑料与重金属复合污染对土壤-植物系统的影响,揭示了微塑料影响下Cd/Pb污染土壤理化性质和植物生长生理参数的响应,阐明了微塑料影响植物生长和重金属吸收的机制。主要结果如下:(1)微塑料添加显著改变了Cd/Pb污染土壤理化性质和酶活性。低浓度(0.1%)微塑料处理显著降低土壤p H;中、高浓度(1.0%、5.0%)微塑料添加使土壤有机碳(SOC)含量显著提高了10.9%–49.0%;PLA引起土壤可溶性有机碳(DOC)和全氮(TN)含量的增加,但使土壤硝态氮(NO-N)含量显著降低;PE老化前后均显著降低土壤有效磷(AP)含量。微塑料总体上提高了土壤过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性,但高浓度微塑料的添加抑制了土壤蔗糖酶活性。此外,土壤酶活性与微塑料浓度和类型有显著交互作用。(2)与PE相比,PLA具有更高的植物毒性。PLA添加降低了生菜生物量、植株高度、叶绿素含量以及地上部和地下部土壤N含量,而原始和老化PE均对生菜生长有促进作用,仅高浓度添加下对生菜组织中N、P含量表现出抑制。微塑料影响下生菜叶片的净光合速率降低了4.0%–26.7%。微塑料胁迫下加剧了生菜组织的氧化损伤,抗氧化酶(SOD、POD)含量显著提高。(3)微塑料暴露提高了Cd、Pb的生物有效性和生物利用度。微塑料影响下土壤有效态Cd/Pb(DTPA-Cd/Pb)分别显著提高13.1%–74.0%和8.7%–76.0%,土壤DTPA-Cd/Pb含量与生菜组织中Cd/Pb含量显著正相关。原生PE处理显著降低了生菜地上部和地下部Cd吸收和Cd的转移系数;与原生微塑料相比,老化后的PE和PLA提高了生菜组织对Cd的吸收。四种微塑料处理均显著增加了生菜地下部Pb含量,但降低了Pb的转移系数,因此生菜地上部对Pb的吸收量减少。综上所述,微塑料改变了土壤理化性质,增加了重金属生物有效性,不仅直接影响了土壤生态系统功能,而且间接介导了植物生长生理状况和重金属在植物组织中的积累和分布。微塑料对土壤-植物系统的影响取决于其类型和浓度,生物可降解微塑料对土壤性质和植物生长的影响程度高于传统微塑料;老化微塑料对Cd/Pb环境风险的增加程度高于原生微塑料。本研究可以为微塑料对土壤-植物系统的潜在生态风险以及微塑料与重金属复合污染对植物的生长的综合效应提供一定理论依据。

关键词： 海洋   淡水   甲烷厌氧氧化   微塑料   响应机制  

摘要： 亚硝酸盐型甲烷厌氧氧化（nitrite-dependent anaerobic methane oxidation,N-DAMO）是指以亚硝酸盐（NO）为电子受体将甲烷（CH）氧化为二氧化碳（CO）的过程,是耦联碳氮循环的关键环节,由NC10门细菌介导完成。迄今,虽然有淡水河流中关于N-DAMO菌分子证据（检测到了N-DAMO菌序列）的报道,但N-DAMO菌在淡水河流沉积物中的分布规律仍知之甚少,在海洋沉积物中的分布规律更是鲜有报道。微塑料作为一种新兴污染物,在水体沉积物中无处不在。然而,微塑料对沉积微生物和生物地球化学碳氮循环的影响尚未清楚。本论文以海洋及淡水河流系统作为研究对象,对N-DAMO菌进行生态学研究,以期探明甲烷厌氧氧化微生物在海洋及淡水生态系统中的生态分布特征、作用强度以及在海洋和淡水河流碳氮循环、温室气体减排和氮素污染修复中的作用。同时为了评估微塑料是否影响沉积物中N-DAMO菌的的活性、数量、多样性和群落结构,使用聚氯乙烯微塑料对两个生态系统沉积物中的N-DAMO菌进行了微观实验。主要研究结果如下:1)稳定性同位素活性示踪实验于海洋及淡水河流系统同时检测到N-DAMO菌活性,反应速率分别为0.11～0.41 nmol CO g（干重）d和0.18～0.48 nmol COg（干重）d,表明N-DAMO是海洋及淡水河流系统中重要的甲烷汇。研究发现,没有与海洋中N-DAMO菌活性分布显著相关的环境因子,沉积物孔隙水或上覆水硝氮和总无机氮浓度是影响淡水河流中N-DAMO活性分布的主要环境因子。2)探明了海洋及淡水河流系统N-DAMO菌的数量分布特征,海洋及淡水河流系统中都分布有大量的N-DAMO菌,数量范围均为10～5～10～6拷贝g（干重）。研究发现,沉积物孔隙水或上覆水盐度是影响海洋中N-DAMO菌数量分布的主要环境因子,沉积物孔隙水或上覆水p H和亚硝氮浓度是影响淡水河流中N-DAMO菌数量分布的主要环境因子。3)探明了海洋及淡水河流系统N-DAMO菌的多样性与群落结构特征,测序结果表明海洋及淡水河流系统中存在多个与Candidatus Methylomirabilis oxyfera亲缘关系较近的分支,种群多样性水平较高。两生态系统中,均以Group A（N-DAMO反应的主要功能微生物）为优势N-DAMO菌。相关性分析表明,沉积物孔隙水或上覆水硝氮浓度对黄海沉积物N-DAMO菌的群落结构有显著影响,沉积物孔隙水或上覆水p H对黄河沉积物N-DAMO菌的群落结构有显著影响。4)与未投加微塑料的对照沉积物相比,聚氯乙烯微塑料增强了海洋及淡水河流系统中的N-DAMO菌活性,抑制了海洋及淡水生态系统的N-DAMO菌丰度,增强了海洋及淡水河流系统的N-DAMO菌16S r RNA基因多样性并改变了N-DAMO菌群落结构。这些结果表明,微塑料可以影响沉积物中的碳氮循环过程,它们可能是微生物群落的有机碳底物。