塑料工业从上世纪50年代开始发展，至2020年微塑料年产量已经翻了180多倍，达到了3.67亿吨，毫不夸张地说，我们生活在塑料时代。食品包装、日用品、塑料制品已经占据了我们的日常生活，带给我们便利的同时也产生了大量的塑料垃圾。在疫情流行的当下，外卖和口罩等防疫物资的大量消耗更是不可避免地导致塑料垃圾的增加。2021年联合国环境规划署发布的《从污染到解决方案：海洋垃圾和塑料污染全球评估》报告表明，塑料垃圾占据海洋垃圾的85%，而且塑料垃圾量到2040年还将增加近两倍。这些塑料在环境中很难自然降解（其降解时间高达20-500年），从而成为环境中持久性污染物。同时，累积的塑料垃圾随着时间的推移，在风化、水力剪切以及生物体干扰下就会形成无数的微塑料颗粒，造成生态环境风险进一步加剧。
图1 塑料制品降解时间示意图（图片来自网络）
“微塑料”的概念自2004年首次提出后已经逐渐成为环境领域内关注的热点，调查水体中塑料污染现状，遏制塑料污染，评估其对生态环境的影响，都是我们亟待解决的环境问题。
2015年，加拿大政府建议将微塑料的大小定义在0.01μm-5mm之间，但在如此大的粒径范围内，微塑料产生的影响可能由于大小差异产生完全不同的结果。微塑料粒径的大小将直接影响它们在水环境中的迁移，以及是否会被生物体摄食、在生物体内的存留时间、在不同器官中的转移甚至是食物链之间的传递，与生物安全和人类健康都密切相关。
图2 微塑料影响示意图（图片来自网络）
微塑料有大有小，毒性如何变化？
大小各异的微塑料，其毒性是否会产生粒径效应？针对这一科学问题，中国科学院城市环境研究所颜昌宙研究组的研究人员开展了深入研究，他们分别在Science of the Total Environment 和 Environmental Pollution上发表了论文，探索微塑料的粒径依赖效应。选取不同粒径的聚苯乙烯微塑料作为研究对象，将其暴露于斑马鱼水体中30天，检测了斑马鱼肝脏和肠道的组织病变、肝脏生物标记物响应、肠道微生物群落和抗生素抗性基因（ARGs）的变化。
结果发现，微塑料对斑马鱼肠道和肝脏分别造成了不同程度的损伤，而且不同粒径的微塑料的毒性效应呈现出粒径依赖性：微塑料粒径越小，对斑马鱼内脏组织的损伤程度就越重。在后续的生物标记物响应上，研究团队也发现了相同的变化规律，微塑料粒径越小，斑马鱼肝脏中的各种抗氧化酶和转氨酶的响应就越剧烈。
图3 微塑料与抗生素暴露下，斑马鱼肝脏生物标记物响应
斑马鱼肠道微生物群落同样在微塑料的暴露下产生了结构和功能的变化，大粒径的微塑料增加了肠道微生物的多样性，而粒径降到纳米级的微塑料则降低了微生物的多样性。ARGs的变化则进一步表明，纳米粒径微塑料暴露后斑马鱼肠道微生物的ARGs的丰度最高，表明其微生物风险最高。上述结果都在向我们强调纳米级微塑料的威力：微生物多样性的降低意味着肠道菌群更脆弱，ARGs的高丰度则表明更多致病菌的富集。
图4 微塑料与抗生素暴露下，斑马鱼肠道微生物群落多样性变化
微塑料还是它们的交通工具
除本身的直接作用外，微塑料亦可作为有机污染物、重金属和微生物的载体，在环境中以及食物链之间进行传递。通过和抗生素的联合暴露，团队发现小粒径的微塑料增加了抗生素在斑马鱼肝脏中的累积。研究还表明，和大粒径的微塑料联合时，抗生素对斑马鱼的肠道损伤会降低，这可能和微塑料的载体作用有关，较大粒径的微塑料在斑马鱼体内的存留时间较短，吸附在其上的抗生素随着微塑料被排出体外。此外，微塑料与抗生素的联合暴露还改变了单独暴露于微塑料时，斑马鱼肝脏的生物标志物响应模式，响应敏感指标产生了变化。而斑马鱼肝脏转录组分析结果表明，纳米塑料与抗生素的联合暴露增加了多种生物合成、代谢和信号转导通路的显著富集。
图5 纳米塑料与抗生素暴露对斑马鱼肝脏功能响应的影响
上述结果对于深入理解和评估不同粒径的微塑料和抗生素单一和联合暴露产生的生态作用和环境效应具有重要意义。同时这也提示我们为保护生态环境健康，在生产实践和生活中必须践行环保理念，减少一次性塑料制品的使用！
