微塑料对典型淡水枝角类生态毒理效应及机制研究

While concerns are being raised that microplastics (MPs) can have ecological risks on freshwater ecosystem triggered by biological accumulation in cladocerans, the detailed researches on toxic effects of MPs are in their infancy. To explore these key issues, the proposal will take integrative biological approach and conduct a series studies of population, individual and molecular responses in common cladoceran species. Several parts are as followed: (1) uptakes, migration and elimination of MPs in cladocerans; (2) within-generation and trans-generation effects of MPs on the life-history parameters in cladocerans; (3) variation of interspecific competitive outcomes regulated by MPs; (4) biological effects of MPs combined with water quality parameters; (5) temporal changes in proteomic profiling of cladocerans exposed to MPs; (6) biological function of differently expressed proteins involved with resistance to MPs stress. The research has important theoretic significance in developing ecotoxicological effects of MPs and its molecular mechanisms, and demonstrating influences of emerging pollutants on the zooplankton biodiversity and the stability of food webs in aquatic ecosystem. Also, it has positive realistic significance in ecological conservation of natural water body.

微塑料作为一种新型的水环境污染物逐渐受到关注。枝角类摄食微塑料，触发生物传递累积效应，可能构成生态风险。目前，关于枝角类摄食微塑料以及由此引发的危害效应的研究较少。为了探明这一基础科学问题，本项目利用经典生态学和现代分子生物学方法，对枝角类在种群、个体以及分子水平上受微塑料胁迫的响应进行深入地探讨，主要包括以下几个方面：（1）微塑料在枝角类体内迁移的路径；（2）微塑料的单代及传代毒理效应对枝角类生活史特征的影响；（3）微塑料对枝角类种间竞争优势的影响；（4）主要水质因子对微塑料生物学效应的影响；（5）微塑料胁迫下枝角类的全局蛋白质表达的变化；（6）重要的差异表达蛋白抗胁迫功能。本研究对揭示微塑料生态毒理学效应及机制，阐述新型环境污染物对浮游动物多样性及食物网稳定性的影响具有重要的理论意义，同时对水域生态保护具有重要的现实意义。

塑料制品应用范围广且不易降解，是水体固体废弃污染物的最主要来源。塑料垃圾在水体中容易降解形成微塑料颗粒。微塑料的粒径范围小(<5 mm)，很容易被水环境中浮游动物、脊椎动物及底栖生物误食，产生一定的危害或毒害性。浮游动物是水域生态系统食物网重要组成部分。在本研究中，以典型浮游动物枝角类大型溞为主要研究对象，揭示新型水环境污染物微塑料对大型溞的生态毒理效。主要研究内容包括：1. 微塑料在枝角类体内迁移轨迹的分析；2. 微塑料对枝角类亲代及子代个体适合度及生理生化影响的研究；3. 微塑料控制枝角类种间竞争优势的研究；4. 水质生态因子调控微塑料对枝角类种群适合度的影响研究；5. 微塑料胁迫对枝角类蛋白调控机制的研究。研究表明：1. 微塑料颗粒在肠道（7日龄个体为例）的累积量与初始环境微塑料的浓度成正相关，同时也和暴露时间（6 h、12 h和24 h）成正相关。微塑料在12小时后的肠道累积量随着个体年龄的增大成逐渐增加的趋势。而当个体进入衰老阶段，微塑料的累积水平下降。2. 随着微塑料浓度增大，大型溞个体的寿命、首次怀卵体长以及个体繁殖量成显著性下降。经过21天子代暴露实验，我们发现子代在无微塑料颗粒处理中，个体的的平均寿命、个体首次怀卵体长以及繁殖量仍显著性低于对照组差别，亲代经历了相对高浓度微塑料胁迫产下的子代，在“清水环境中”生活史特征不能有效恢复。3. 环境中微塑料显著影响枝角类种群之间的竞争关系。4. 高温显著增强了微塑料对大型溞的毒性，体现在寿命缩短、繁殖量下降、种群衰退。增强的毒性与高温导致微塑料积累、肠道结构受损以及功能基因表达受抑制有关。5. 微塑料颗粒对大型溞产生种群、个体适合度的抑制与维生素B6代谢途径、烟酸盐和烟酰胺代谢、酪氨酸代谢、核糖体等途径受到影响有关。本研究从“种群-个体-组织-分子”多角度阐述微塑料对关键物种枝角类的生态毒理效应，对阐述新型环境污染物对浮游动物多样性及食物网稳定性的影响具有重要的理论意义。