孙涛 | 吴慧峰
中国科学院烟台海岸带研究所山东海岸环境过程重点实验室，中国烟台 264003
摘要 微塑料/纳米塑料（MNPs）和全氟及多氟烷基物质（PFASs）是备受关注的新型环境污染物。本研究评估了在全氟辛酸（PFOA）及其替代品六氟丙烯氧化物二聚酸（HFPO-DA，商业名称为GenX）存在下，这两种物质对海洋轮虫Brachionus plicatilis 的急性和多代毒性，实验中同时使用了80纳米和5微米的MNPs。急性毒性测试表明，MNPs以尺寸依赖的方式增强了PFOA和GenX的致死性和生殖毒性。在种群水平上，MNPs加剧了这些化合物对种群生长的抑制作用。在多代毒性实验中，繁殖能力被确定为最敏感的生命史特征，并且在MNPs存在的情况下表现出更明显的累积性多代损伤。这一趋势与与繁殖相关的基因表达模式一致。转录组分析进一步显示，MNPs的共同暴露增加了差异表达基因的数量，尤其是那些参与代谢和类固醇生物合成途径的基因，这表明能量需求增加和生殖毒性增强。总体而言，这些发现强调了在风险评估框架中纳入混合物毒性和多代效应的必要性，以实现更真实的化学风险表征和管理。
引言 微塑料/纳米塑料（MNPs）和全氟及多氟烷基物质（PFASs）是全球范围内新兴的污染物，在各种非生物和生物基质中均被持续检测到。MNPs是指直径小于5毫米的碳基聚合物颗粒，其来源可以是直接工业生产，也可以是较大塑料碎片的破碎（Silva等人，2025年）。直径小至1000纳米的颗粒被归类为NPs（Gigault等人，2018年）。PFASs是一类含有至少一个完全氟化的甲基或亚甲基碳原子的合成化学品（Wang等人，2021年）。一个典型的例子是全氟辛酸（PFOA），这是一种含有八个碳原子的化合物，也是生产最广泛且经常被监测的PFASs之一，被称为“永久性化学物质”（Wee和Aris，2023年）。
MNPs和PFOA的广泛使用导致了严重的环境污染。许多国家已经采取了监管措施来减轻MNPs的污染（例如，中国的《新污染物控制行动计划》），PFOA已被列入《斯德哥尔摩公约》的附件A（消除）中。然而，MNPs的多样来源以及PFOA在水溶液中的长半衰期（超过92年）（EPA，2014年）使得这些污染物成为持久性的环境问题，并成为污染的主要来源。据估计，每年有1000万到4000万吨MNPs释放到环境中，预计到2040年这一数字将翻倍（Thompson等人，2024年）。同时，2016年至2030年间PFOA的全球累计排放量预计将达到5000吨以上（Wang等人，2014年）。作为重要的污染汇，水生系统通过地表径流、废水排放和大气沉降不断接收污染物。值得注意的是，中国小清河流域曾报告过高达970微克的PFOA浓度（Wang等人，2016年）。最近的监测数据显示，该地区的PFOA污染程度下降了一到两个数量级，最大浓度分别为35微克/升（Wang等人，2022年）和12微克/升（Liu等人，2025年）。在全球所有研究的河口水域中也发现了MNPs的污染（Feng等人，2023年）。此外，对PFOA日益严格的法规加速了替代品的开发。其中，六氟丙烯氧化物二聚酸（HFPO-DA，商业名称为GenX）受到了广泛关注。与PFOA的八碳线性链相比，GenX具有较短的分支结构并含有醚键，这种结构差异使其稳定性相对较低但水溶性较高（Guo等人，2025年）。
在这种背景下，MNPs和PFOA/GenX对水生生物的毒性效应引起了全球的关注，促使了广泛和合作的研究工作（图1a）。例如，Wu等人（2025年）报告称，MNPs和PFOA的共同暴露会导致斑马鱼肠道严重损伤并增加病原体感染的易感性。然而，关于GenX与MNPs之间相互作用的毒理学数据仍然有限，尤其是对于敏感的近岸无脊椎动物。最近的研究主要集中在大型水生植物上，如Eichhornia crassipes （Chen等人，2025年）、Vallisneria natans （Sun等人，2025年）和Hydrilla verticillata （Ding等人，2025年）。重要的是，现有研究主要受限于所测试物种的生命史特征，大多数研究仅限于单代评估。这些限制阻碍了对这些污染物造成的更广泛生态风险的评估，以及对其在动物-环境-人类界面中对人类健康潜在影响的理解（Amuasi等人，2020年）。因此，本研究采用了海洋轮虫Brachionus plicatilis》作为模型生物，这种浮游动物以其短生命周期、快速繁殖和对环境压力的高敏感性而闻名（Kostopoulou等人，2012年）。进行了一项跨代暴露实验（F0 -F3 ），系统地评估了微塑料和纳米塑料以及PFOA和GenX在分子、个体和种群层面的生殖毒性（图1b）。这种实验设计能够全面评估多代效应，同时提供关于传统PFASs和替代品在单独暴露和共同暴露情况下的比较毒性的见解。
实验部分 测试化学品和生物 直径为80纳米和5微米的单分散荧光聚苯乙烯（PS）珠子从BaseLine ChromTech Research Centre（中国天津）购买，并以10毫克/毫升的浓度供应在去离子水中。使用场发射扫描电子显微镜（FE-SEM；S-4800，Hitachi，日本）表征了MNPs的形态和大小。其组成通过共聚焦拉曼显微镜（inVia，Renishaw，英国）进行了验证。PFOA和GenX的急性毒性以及MNPs的影响 急性毒性测试显示，PFOA对Brachionus plicatilis 的24小时LC50 为370毫克/升（95%置信区间（CIs）：342-394，R 2 = 0.95）（图1c），而GenX的LC50 为741毫克/升（95% CIs：714-762，R 2 = 0.94）（图1d），表明PFOA的急性致死性高于GenX。这一结果与斑马鱼胚胎中的观察结果一致，其中PFOA的LC50 报告为GenX的1.65倍（Satbhai等人，2022年）。生殖毒性评估显示结论 本研究调查了PFOA及其替代品GenX对轮虫的急性和多代毒性，以及MNPs和NPs的影响。结果表明，MNPs加剧了PFOA和GenX引起的急性致死性和生殖抑制作用，其中NPs的影响更为显著。此外，MNPs显著增强了低剂量PFOA和高剂量GenX对种群生长的抑制作用。多代毒性实验显示繁殖能力逐渐下降
作者贡献声明 孙涛： 撰写——原始草案、方法学、正式分析。吴慧峰： 撰写——审阅与编辑、监督、项目管理
利益冲突声明 作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文工作的个人关系。
利益冲突声明 ☒ 作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢 本研究得到了国家自然科学基金 （编号42476150）的支持。
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