基于转基因斑马鱼技术的微塑料载带重金属的生物富集与毒性机制研究

Micro plastic is widely existed in water environment, and has been shown to have high affinity for a variety of pollutants, including heavy metals. The influence of micro plastic in water environment on the distribution and bioavailability of pollutants needs to be system researched. As a new technology of biological testing, the effect of toxicants on the whole life cycle of organisms would be directly observed in transgenic zebrafish in vivo. Therefore, compared with traditional aquatic animal experiments, the technology of transgenic zebrafish is sensitive, fast and intuitive. The transgenic zebrafish strain Tg (lfabp10a: dsRed; elaA:EGFP) would be used as a model in this study. On the basis of the discussion on the enrichment and discharge characteristics of micro plastic in transgenic zebrafish in vivo and its effect on zebrafish hepatotoxicity, which would be influenced by its physicochemical characteristics such as plastic material and morphology, this project will focus on study of the metal bioavailability, biological amplification, and toxic effects in the combined pollution of micro plastic and typical heavy metals and the assessment of their risk on the food chain and offspring transmission. This study is expected to provide basic data and methodological support for the prediction of toxic effects of micro plastic and heavy metals in water and the establishment of water quality benchmarks in China.

微塑料在水环境中广泛存在，同时已被证实对包括重金属在内的多种污染物具有极高亲合力，水环境中微塑料的存在对于污染物的分布及生物可利用性的影响亟待系统研究。作为一种生物测试新技术，转基因斑马鱼可以在活体条件下直接观察毒物对生物体整个连续生命周期的发展变化影响，因此相比于传统水生动物试验，具有灵敏、快速、直观的优势。本研究拟以转基因斑马鱼品系Tg (lfabp10a: dsRed; elaA:EGFP)为模型，在讨论微塑料材质、形态等理化特征对微塑料在转基因斑马鱼体内富集与排出特征，以及其对斑马鱼肝脏毒性效应影响的基础上，重点研究微塑料与典型重金属污染物复合存在时，对重金属的生物可利用性以及毒性效应的影响，并评估复合污染条件下微塑料和重金属污染物的食物链传递以及子代传输风险。本研究有望为我国水体中微塑料和重金属的毒性效应的预测和水质基准的制订提供基础数据和研究方法学上的支持。

本研究选择水环境中广泛存在的典型微塑料——聚苯乙烯颗粒（PS）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）为研究对象，探讨其单独及与典型重金属镉和汞的联合效应，并比较了不同粒径和不同形态的微塑料的毒性差异。结果表明，微纳塑料颗粒对胚胎绒毛膜产生阻隔作用，使得胚胎发生缺氧的毒性效应，并且粒径越小，该缺氧效应越显著，使得胚胎出现心包囊水肿、尾部畸形、延迟孵化率、甚至死亡等毒性效应，并且100 纳米微塑料颗粒还能显著诱导斑马鱼幼鱼的神经毒性和免疫毒性。微塑料的形态和粒径显著改变其与重金属的联合作用效果。纤维和颗粒态PET对重金属的生物可利用性的作用不同。这一现象可归因于两种不同形态的PET与胚胎绒毛膜的亲和力存在差异。镉与颗粒态PET联合暴露增加了斑马鱼胚胎绒毛膜中镉的积累量，从而显著降低镉对斑马鱼胚胎的毒性。而纤维态PET则是大量游离在溶液内，因此导致镉的生物可利用度降低，纤维态PET较颗粒态PET有更明显的解毒作用。纳米微塑料较微米微塑料粒径更小，对重金属的吸附作用更强，对重金属镉和汞的解毒作用比微米微塑料更明显。并且，纳米微塑料颗粒可以在绿藻中蓄积，并经由食物链传递，进入摄食的大型蚤中。而且如果纳米微塑料颗粒在大型蚤F0母代中蓄积，其新生的幼仔F1代中也会检测到纳米荧光微塑料颗粒的存在。在此基础上，我们以斑马鱼幼鱼为研究对象，建⽴了不同形态和粒径微塑料与重⾦属的 TK-TD 毒性预测模型。本项目成果可以为我国水体中微塑料单独及其和重金属的联合毒性效应的预测和水质基准的制订提供基础数据和研究方法学上的支持。