由于成本低、耐用性强且用途广泛,塑料在现代生活中不可或缺。然而,这些特性也带来了严重的环境问题,因为塑料会在环境中长期存在[1]、[2]。塑料垃圾遍布所有主要海洋生态系统[3],据估计每年有400万至1200万吨塑料从陆地进入海洋[2]。预测显示,到2050年,这一数字可能上升至120亿吨,进一步加剧全球塑料污染危机[4]。同样,淡水系统也日益受到塑料的污染[5]、[6]。微塑料(MPs),定义为直径小于5毫米的塑料颗粒[7],已在多种水生生物以及人体组织和生物液中检出[8]、[9]、[10]。微塑料具有细胞毒性、神经毒性和遗传毒性,对生态系统和人类健康构成多种风险[11]、[12]。尽管微塑料受到了广泛关注,但源自塑料的溶解有机物质(P-DOM)因其潜在的环境影响而长期被忽视[13]。
随着全球塑料污染的增加,P-DOM逐渐成为水生生态系统中有机碳的重要来源[14]。最新研究表明,P-DOM对微生物具有高生物利用度,会促进细菌生长并破坏生态平衡[14]、[15]。此外,P-DOM还会抑制海洋微生物(如Prochlorococcus)的光合作用[16],表明它可能改变水生生态系统中关键初级生产者的功能。作为塑料降解的重要中间产物,P-DOM兼具塑料和天然DOM的特性,是一种混合介质,融合了两者各自的属性。微塑料可以增强有机污染物的吸附[17]、[18],而天然DOM中的腐殖酸和蛋白质等物质通过静电和疏水作用与有机污染物结合[19]、[20],从而增强其毒性。然而,P-DOM与持久性污染物(如短链氯化石蜡SCCPs)之间的相互作用及其后续生态影响仍需进一步研究。SCCPs是一类常用的卤代有机污染物,常用于工业领域的增塑剂、阻燃剂和涂料添加剂[21]、[22]。2017年,《斯德哥尔摩公约》将SCCPs列为持久性有机污染物(POPs)[23],突显了其环境和健康风险。SCCPs会对水生生物、哺乳动物和土壤微生物的组织造成持续累积[24]、[25]。研究表明,SCCPs暴露会通过巨噬细胞介导的炎症反应干扰胰岛素信号传导,破坏葡萄糖代谢[26],并影响脂质和氨基酸代谢,从而影响斑马鱼的生长和发育[27]。因此,探讨P-DOM的存在是否会影响SCCPs的生物利用度和毒性具有重要意义。
在本研究中,选择普通小球藻(C. vulgaris)作为模型生物,研究来自不可降解塑料(聚乙烯(PE)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)以及可降解塑料(聚乳酸(PLA)的P-DOM对SCCPs生物利用度和毒性的影响。作为水生生态系统中的初级生产者,藻类对污染物极为敏感,在能量传递中起核心作用[28]。微藻健康的破坏会对更高营养级和整个生态系统稳定性产生连锁影响[29]。因此,了解环境污染物(如P-DOM和SCCPs)对微藻的影响对于评估更广泛的生态风险至关重要。选择这三种塑料产品的理由如下:PE和PET是全球产量最大的塑料之一,在水生生态系统中普遍存在[30]、[31];而PLA作为一种可降解塑料,越来越被视为可持续的替代材料[32]。本研究旨在:(1)阐明P-DOM作为类似DOM的混合物介质在SCCPs暴露中的作用;(2)在统一的实验框架内比较不可降解塑料与可降解塑料P-DOM对微藻中SCCPs生物积累的影响,并进一步探讨这两种P-DOM类型在共暴露过程中如何差异性地调节微藻的生理和生化特性;(3)通过整合代谢组学和转录组学分析,阐明塑料类型对SCCPs诱导的生物效应的分子机制。