水环境中典型微塑料与药物活性化合物对淡水生物的交互效应及机理研究

Plastic products are continuously discarded into the aquatic environment and eventually degrade to microplastics (MPs). MPs would coexist with other emerging contaminants, such as pharmaceutically active compounds (PhACs), to form combined pollution, resulting in a potential health threat to aquatic ecosystem. In recent years, the importance of combined pollution with MPs in marine environments has been emphasized. However, in freshwater environments, the relevant information remains limited. Based on the current status of the MPs-PhACs combined pollution in Northern Taihu Lake, this project will be conducted through in-situ monitoring and experiments in simulant condition. Firstly, the tissues distribution and bioaccumulation of MPs and PhACs will be evaluated at environmentally relevant concentrations in the freshwater organisms occupying different trophic levels; the metabolism pathways of PhACs will also be characterized to reveal the effects of MPs on PhACs metabolisms. Then, the differences between single and combined effects of MPs and PhACs in growth, metabolism, antioxidation and nerve function will be analyzed at cell and gene levels, to understand the interactive mechanism between MPs and PhACs. Finally, the effects of environmental factors on the interaction between MPs and PhACs will be evaluated to identify the mainly influencing factors on the combined pollution of MPs and PhACs. The results of project can be used for the risk management of emerging contaminants in freshwater environments and will be significant in the ecological security of combined polluted waters.

塑料制品不断进入水环境，形成微塑料（MPs），并与药物活性化合物（PhACs）等新型污染物构成复合污染，对水生生态系统造成潜在威胁。海洋环境中MPs的复合污染和生态风险已成为近年来的研究热点，然而在淡水环境中相关研究仍十分匮乏。本研究基于北太湖MPs与PhACs的复合污染现状，结合现场监测和室内模拟实验，首先研究环境相关浓度下典型MPs和PhACs在不同营养级淡水生物的组织分布和生物累积，解析PhACs的代谢途径，揭示MPs对PhACs生物代谢转化的影响规律；然后通过对比单一/联合暴露下淡水生物生长、代谢、氧化应激和神经功能在细胞和基因水平上的差异性响应，揭示水体中共存的MPs和PhACs的交互作用机制；最后分析环境因素对复合污染交互作用的影响，识别主要影响因素。结果可为新型污染物风险管理提供科学依据，对维护实际复合污染水体的生态安全具有重要意义。

塑料制品进入水环境，形成微塑料（MPs），并与药物活性化合物（PhACs）等新污染物构成复合污染，对水生生态系统造成潜在威胁。本项目基于MPs与PhACs的复合污染现状，首先研究太湖流域MPs和PhACs的时空分布和归趋，解析两种典型新污染物的赋存特征；然后研究具有环境特征的MPs和PhACs在不同营养级淡水生物的生物累积，对比单一/联合暴露下淡水生物生长、代谢、氧化应激和神经功能在细胞和基因水平上的差异性响应，并分析环境因素对复合污染交互作用的影响，揭示水体中共存的MPs和PhACs的交互作用机制。.2019~2021年的连续监测在太湖表层水体中发现了MPs和PhACs的广泛赋存，MPs丰度范围为3.3~24.4个/L，纤维状、黑色、<0.5 mm尺寸的PET类MPs占主要类型；太湖PhACs污染普遍，其中抗生素类PhACs检出率较高。MPs对斜生栅藻的生长产生抑制作用，且抑制效果和MPs浓度呈正相关，和粒径呈负相关；大型溞能够累积5 μm 粒级MPs累积的MPs集中于大型溞的肠道，且72 h的清水恢复无法完全去除；MPs和典型PhACs罗红霉素均能诱导大型溞的的抗氧化酶活性，共同暴露更易激发大型溞的抗氧化系统。具有环境特征的大粒径MPs进入罗非鱼肠道内，会逐渐破碎至较小粒径，改变其生物有效性，从而穿透肠道壁，进入体内循环，甚至会突破血脑屏障，在脑组织中累积，造成鱼类生理生化响应的复杂变化，因此，相较于纳米级（0.3 μm）和大微米级（70~90 μm）MPs，小微米级（5 μm）MPs既能造成物理损伤，又能破碎进入体内循环，对罗非鱼的毒性作用更显著；此外，MPs可以作为PhACs载体，增强其在罗非鱼体内的累积，但并未改变PhACs的组织分布模式。结合野外调查与实验室毒理数据后进行的生态风险评估显示太湖MPs污染处于中低风险，而PhACs生态风险较严重，喹诺酮类抗生素可能是主要风险因子。.本项目的研究成果阐明了MPs与PhACs复合污染体的形成机制，PhACs生物累积过程中MPs的载带效应，以及MPs和PhACs的生物交互作用机制，以上工作完善了复合污染水体生态风险评价的理论基础，对解析新污染物环境行为和生态响应具有重要科学意义。