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The ecological effect of marine microplastics as a biological vector

  • HE Lei , 1, 2 ,
  • HUANG Fangjuan , 1, 2 ,
  • YIN Kedong , 1, 2
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  • 1. School of Marine Sciences, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, China
  • 2. Key Laboratory of Marine Resources and Coastal Engineering in Guangdong Province, Guangzhou 510275, China
Corresponding author: HUANG Fangjuan. E-mail: ; YIN Kedong. E-mail:

Received date: 2017-10-18

  Request revised date: 2018-04-07

  Online published: 2018-07-16

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热带海洋学报编辑部

Abstract

With the increase of marine plastic waste, marine microplastics have attracted more and more attention as a new type of marine pollution. At present, studies of the source, distribution and analytical approach of microplastics are well recognized. Most research focuses on plastic ingestion by marine organisms, and on the effects of microplastics adsorbing and releasing toxic chemicals. However, the role of microplastics as a vector for pelagic microorganism, phytoplankton and micozooplankton is poorly understood. In this review, we address three functions of microplastics as a biological vector. 1) Aggregation, it is easy for biofilms to form a microbial community on the surface of microplastics, which provide the means for horizontal transfer of organisms and genes, and may lead to the transformation or transduction of pathogenic gene, antibiotic resistance gene (ARGs), called genetic exchange. 2) Dispersal, the spread of harmful algal species, pathogenic bacteria and drug-resistant bacteria as well as other microorganisms may happen when the microplastics are freshly from the waste water flow, which potentially poses a risk of invasion when arriving in a new habitat with favorable condition. 3) A feeding enhancement concept, we propose this concept because a piece of microplastics is full of the attached biofilms, nutrients and organisms, which may attract large grazers or predators and can also improve their predation efficiency. As a result, these grazers/predators may seek pieces of microplastic as foods, which may cause more serious toxicological effects. The review focuses on the ecological effects of “microplastic + biology”.

Cite this article

HE Lei , HUANG Fangjuan , YIN Kedong . The ecological effect of marine microplastics as a biological vector[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2018 , 37(4) : 1 -8 . DOI: 10.11978/2017112

自20世纪中叶塑料制品出现后, 由于其优良的性能得到迅速发展普及, 产量持续快速增加。据报道, 2005年全球塑料生产量为2.30亿吨, 2014年达到3.11亿吨, 增长了35% (宁军 等, 2009; 许江菱 等, 2017)。塑料垃圾化学性质稳定, 耐腐蚀且难以被生物降解, 可在环境中存在数百年至几千年, 导致塑料垃圾的不断累积(Barnes et al, 2009)。据估计, 全球约有5%的塑料垃圾被倾倒入海, 全球的5个大型亚热带环流海域中约有7000~35000吨塑料垃圾(Cózar et al, 2014; Jambeck et al, 2015)。海洋白色污染(因用于包装材料的塑料多为白色, 故一般用白色污染代指塑料污染)作为一种新型的环境污染已日趋严重。
塑料制品虽不易完全降解, 但在海浪冲蚀、海水浸泡、阳光照射、生物降解等作用下, 塑料垃圾会逐渐被分解成小碎片而留在海洋中, 形成“微塑料”。关于微塑料的定义, Thompson等(2004)首次将需要在显微镜下观察的塑料碎片称为微塑料, 王昆等(2017)认为微塑料是尺寸介于0.2~5.0mm的不同形态塑料的统称, 较多学者将直径小于等于5mm的塑料颗粒称为微塑料(Law et al, 2014; Peng et al, 2017), 由于Hartmann等(2015)将小于1μm的塑料颗粒称为纳米塑料(nanoplastics), 故本文将尺寸介于1μm~5mm的塑料颗粒称为微塑料(microplastics), 主要包括聚苯乙烯(PS)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、石蜡(PF)、聚酯多元醇(PEPA)等(Oberbeckmann et al, 2014)。除了大块塑料分裂降解形成的次级微塑料(secondary microplastics), 化妆品、沐浴露等洗涤用品中起清洁作用的小塑料颗粒成分也是海洋微塑料的一大来源, 被称为初级微塑料(primary microplastics)。初级微塑料由于粒径小、密度低, 易通过污水处理厂过滤装置并随着工业废水、生活污水排放入海洋中。Zhang等(2017)调查显示中国渤海表层微塑料浓度为0.33± 0.34个·m-3, 但其捕获的仅为大于等于330μm的微塑料颗粒。Di等(2018)对三峡水库表层水经0.45μm滤膜过滤后所得浓度为1597~12611个·m-3。由于采样方法的不同, 较难进行比较, 此为当前微塑料研究亟待解决的矛盾。
微塑料对海洋的物理、化学、生物方面均存在不同程度的影响。由于粒径小且广泛分布于水体中, 微塑料极易被浮游动物、滤食性动物、底栖动物误食, 造成海洋动物消化系统堵塞, 影响营养物质吸收, 从而危害生物体的生长(Wright et al, 2013)。在中国, Li等(2015)发现抽检的9种商业类双壳类的组织中均检测到微塑料, 包括纤维、碎片和颗粒等, 平均浓度可达到10.5个·g-1。在受人类活动影响较大的海域, 贻贝中微塑料的丰度可达3.3个·g-1, 是受人类活动影响较小海域的两倍多(Li et al, 2016)。通过室内实验已证实斑马鱼可摄入并积累聚苯乙烯塑料微粒, 在微塑料水体中暴露7d后, 斑马鱼肝脏中发生炎症及脂肪积累, 超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活性提高, 表明发生了氧化应激。同时, 微塑料还会改变鱼类肝脏的新陈代谢途径(Lu et al, 2016)。微塑料除了物理堵塞消化系统外, 其本身所含的持久性有毒污染物如多溴联苯醚(PBDEs)具有毒性和潜在的生物蓄积性, 可被摄食者吸收积累, 产生生物化学毒性效应。在探究经风化光照降解的塑料所产生的沥出液对海洋桡足类动物的影响实验中, 不同种类塑料的毒性不同, 但38%的塑料沥出液可引起桡足类动物急性中毒症状(Bejgarn et al, 2015)。此外, 微塑料还可吸附水体中的有毒物质(如多氯联苯PCBs、多环芳烃PAHs、有机氯农药OCPs、有毒重金属等)(周倩 等, 2015), 这些污染物与微塑料的复合体一旦被摄食, 其中的污染物可被生物体吸收。有证据显示, 聚苯乙烯可在生物体内积累(Besseling et al, 2013), 并随着食物链层层传递, 形成生物富集, 最终被人类摄入(图1)。但目前尚无微塑料被摄食对人类影响的研究, Bouwmeester等(2015)认为超低浓度的微塑料虽然能进入血液循环, 但由于其粒径限制, 难以通过细胞膜进入组织深处, 而是被脾脏清除, 并且其携带的有毒污染物的释放受到多方面因素的影响, 尚不能确定有毒物质一定会在人体内释放。
Fig. 1 The pathways of marine microplastics as a vector of ecological effects

图1 海洋微塑料作为载体的生态效应模式图
部分图片来自百度网页

自1972年在大西洋中远离海岸、海水清澈、为典型贫营养海区的马尾藻海的表层海水中首次发现2.5~5mm的小颗粒塑料后, 2004年, Science杂志上第一次定义微塑料为小尺寸的塑料, 此后微塑料得到越来越多海洋科研工作者的关注(Carpenter et al, 1972; Thompson et al, 2004)。2010年, 国际性组织政府间海洋学委员会(IOC)及海洋环境保护科学专家组(GESAMP)联合成立了第40个工作小组, 该小组致力于研究海洋环境中的微塑料来源、归趋及其影响机制(http://www.gesamp.org/work-programme/workgroups/working-group-40)。目前的研究多集中在采样分离, 鉴定分析方法的改进, 以及微塑料来源、分布、归趋、被生物摄食的危害, 微塑料本身携带的或从环境中吸附的有毒物质的释放等, 并已取得一定的成果。然而, 微塑料作为一类颗粒物, 可为微生物、浮游动植物提供附着基底, 形成微型生物群落; 同时微塑料分布范围广泛, 且可随着海流不断漂移, 有可能引发重大海洋生态效应。因此, 微塑料作为生物体的载体作用正逐渐引起科学家的重视, “微塑料+生物”的生态效应成为微塑料研究的热点问题。

1 海洋微塑料作为微生物的载体

众所周知, 水体中的漂浮物容易吸附小至细菌病毒、大至藤壶贝类等生物体。这主要是因为漂浮物基体在漂流过程中容易吸附生物体排泄物、死亡有机体等有机物, 这些可作为微生物的能源物质, 从而促进本处于贫营养状态的微生物迅速生长和繁殖, 形成生物膜, 生物膜的形成则进一步吸引浮游植物、浮游动物等在基体上附着生存。苏艳(2012)实验证实不锈钢、玻璃、聚氯乙烯、有机硅4种材料在水体中浸泡一定时间后, 均会有不同程度数量的细菌附着。一般认为, 海洋微生物的附着机制主要有化学键合、静电作用、机械连锁、扩散和吸附理论等。目前发现, 欧洲海域有879种外来生物入侵, 而不断增加的来往商船是外来生物传播扩散的罪魁祸首(Galil et al, 2014)。珊瑚Tubastraea (Scleractinia: Dendrophylliidae)这一外来生物物种在世界范围内的广泛分布, 被认为是船体、压舱水、石油平台等的载体传播作用造成的(Creed et al, 2017)。同理, 微塑料作为一类悬浮颗粒物, 可吸附水体中的有机物、无机营养盐等, 从而吸引细菌和病毒等微生物附着其上; 另一方面, 微塑料颗粒可帮助微生物抵抗环境压力, 提供相对稳定的栖息地, 同时增强微生物扩散能力(Oberbeckmann et al, 2015)(图1)。最近研究显示, 微塑料可以作为微生物的载体, 提供基质供微生物附着生存, 且扫描电镜证明微塑料表面覆盖一层厚厚的生物膜, 高通量测序技术更是直接鉴定出生物膜中的微生物种类, Zettler等(2013)将此新兴的人工制品形成的生态栖息地称为“Plastisphere”, 包括自养生物、共生生物、异养生物、捕食者。在英国北海的一项研究通过变性梯度凝胶电泳(DGGE)及高通量测序分析发现, 塑料上聚集的细菌主要为拟杆菌门(Bacteroidetes)、变形菌门(Proteobacteria)和蓝细菌门(Cyanobacteria)的细菌, 但群落结构会随季节、地理位置及塑料种类变化而变化(Oberbeckmann et al, 2014)。
自养细菌通过吸收无机营养盐与无机碳合成自身有机物。异养细菌可直接吸收环境中溶解的有机物转变为自身有机物。该过程称为细菌的二次生产, 这是微食物环中的重要环节(Azam et al, 1983)。在寡营养海域如马尾藻海, 水体中的有机物及营养盐含量低, 细菌生产力低(Carlson et al, 2002); 而微塑料颗粒富含有机物, 也往往是营养盐再生的活性中心, 海洋细菌聚集于此可获取较为丰富的营养物质, 从而提高细菌营养获取能力。我们称此作用为微塑料由于富含有机物或营养盐而对细菌所产生的“捕食增强作用”。此效应可能增强微食物环的物质循环与能量传递, 也可能是微生物倾向于附着在微塑料上的原因之一。微塑料与其附着的微生物的相互作用主要有以下几个方面:
1) 生物膜可以改变漂浮微塑料的浮力及黏性, 减弱疏水性(Lobelle et al, 2011), 导致微塑料沉降至海洋深处, 甚至埋藏于沉积物中, 使海洋成为微塑料的汇, 这可能改变微塑料漂浮动力学及水体有机物、营养盐的循环。
2) 微塑料生物膜上存在可降解塑料的微生物。将低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚碳酸酯(PE)、聚丙烯(PP)投放入海水中12个月后, 重量分别下降了1.9%、1.6%、0.69%、0.65% (Artham et al, 2009), 显示微塑料虽较难降解, 但仍然具有可降解性。有调查发现塑料上存在可降解碳氢化合物的丝状蓝细菌Phormidium sp.及假交替单胞菌属Pseudoalteromonas, 并且此类细菌仅在塑料上检出, 在水体中并未检出(Zettler et al, 2013)。这预示着从微塑料上分离提纯降解塑料菌, 加以利用进行塑料垃圾处理具有前瞻性。但这些细菌是仅仅降解塑料, 还是利用塑料中的化学成分参与新陈代谢仍未可知, 以及哪些因素会影响降解进程仍有待研究。
3) 微塑料的浮力及稳定性可以支持表面微生物的生存及长时间漂流。Keswani等(2016)的研究显示漂浮的塑料颗粒随海流、波浪扩散后, 可将微生物群落带入新的栖息地。特别需要注意的是微塑料上存在有毒或致病菌, 随着微塑料的漂移, 可能存在外来物种大量入侵到新栖息地, 由于条件适宜而大量繁殖, 进而改变该区域群落结构的生态风险。研究显示溶藻弧菌可大量黏附在聚苯乙烯、聚乙烯和聚氯乙烯上(Snoussi et al, 2009), 极易随着河流扩散。东太平洋的95种塑料及碎屑中检出几种珊瑚病原体如Halofolliculina spp., 被认为可能是随塑料迁移而来的潜在的入侵者(Goldstein et al, 2014)。近期在北海、波罗的海、北大西洋的塑料颗粒上频繁检测出的丰度较高的人类潜在致病菌Vibrio spp.更印证了这一推断(Zettler et al, 2013; Kirstein et al, 2016)。对美国芝加哥一条河流中微塑料的研究证实, 微塑料是一个独特的微生物栖息地, 该颗粒上聚集的细菌种类与水体或其他悬浮颗粒物上的种类相比, 具有显著差异, 且微塑料上降解菌及病原菌丰度较高, 有可能成为某些细菌群落向下游传输扩散的载体(McCormick et al, 2014)。
4) 微塑料上附着的生物膜异常复杂且含有众多基因, 这可能导致生物膜群落间或生物膜群落与周围环境群落的基因交流。Stewart (2013)指出, 在寡营养盐海域, 有机颗粒物上附着多种多样的细菌, 由于细菌基因具有较强的变异性, 群落间通过基因水平转移如吸收利用环境中的DNA、细胞间基因转化、通过噬菌体进行转导等作用产生基因交流。因此有机颗粒物可能成为细菌基因交流的热点区域, 从而产生新型细菌。由于微塑料是由人类活动区域排放的有机颗粒物, 其上附着的致病菌含有丰富的致病基因, 该基因可能通过基因转化、转导等方式随水流扩散传播, 导致传播路径中致病基因爆发, 从而引发大面积感染事件。因此, 微塑料颗粒除了作为微生物本身扩散迁移的载体外, 也是基因交流转化的载体。
5) 抗生素的使用催生了抗生素抗性基因(ARGs)和耐药菌(ARB)。目前的研究已证实废水处理厂下游水体中富含抗性基因及耐药菌(赵福正, 2014), 而废水处理厂的废水排入河流, 若附着在微塑料上的抗性基因随着河流进入海洋, 在洋流的带动下扩散至大洋, 与微塑料上的其他物种或周围环境进行基因交流, 则可能造成巨大的灾难。Ye等(2017)已发现珠江水域中43.4%的细菌具有抗生素耐药性。大量致病菌耐药菌排放入海可能在微生物分子遗传学层面引发可移动遗传元件(MGEs)介导的病原菌致病基因与耐药性基因水平转移; 而河流端、河口端、近岸端、海洋端细菌群落组成及结构明显不同, 微塑料由于能提供微生物附着的基地且具有可迁移性, 有可能促进基因交流及迁移, 进而引发不可控灾难。
总而言之, 微塑料由于其独特的性质, 可作为微生物的载体, 又由于“捕食增强作用”可起到聚集不同种类微生物并形成微生物群落结构的作用, 其生态效应不仅仅局限在改变微塑料的物理化学性质, 还可能由于微生物的介导发生基因交流、物种入侵、致病菌扩散、抗性基因泛滥、产生新型物种等危害, 故迫切需要对海洋微塑料上的微生物种类及丰度进行系统研究, 深入探讨微塑料作为载体的扩散机制及抗性基因、致病基因传播可能的生态效应, 综合评估微塑料的生态环境风险。

2 海洋微塑料作为附生动植物的载体

浮游生物是生活于水中但缺乏有效移动能力的漂流生物, 体型微小, 常需借助显微镜观察。塑料具有疏水性, 可吸附供浮游植物生长所需的氮、磷、硅等无机营养盐, 同时又是营养盐再生的活性中心。相对于水体而言, 携带较为丰富营养盐的微塑料颗粒对浮游植物产生“捕食增强作用”, 即浮游植物附着在微塑料上可增强食物来源, 这可能是浮游植物附着在微塑料上的原因之一。此外, 微塑料颗粒可在动荡的海洋环境中提供附着点, 故浮游植物黏附在塑料上可获取更优质的生长环境。而浮游动物或微小动物以微生物、浮游植物为食, 伴随浮游植物共同附着至海洋塑料碎屑上捕食(图1)。早在1972年, Carpenter等(1972)首次发现海洋塑料表面黏附着硅藻与水螅虫。而后在法国地中海沿岸进行的塑料水下培养实验发现, 首先黏附至塑料上的微藻为两种偏底栖特性且可附着生长在各种颗粒或固相介质上的硅藻Licmophora gracilisCylindrotheca closterium或硅藻纲与褐藻纲(Briand et al, 2012; Oberbeckmann et al, 2014)。北太平洋环流塑料颗粒表面附着的生物中, 羽纹硅藻纲丰度最高, 为1097±154个•mm-2, 其次为中心硅藻纲、甲藻、球藻、放射虫。硅藻附着丰度与颗粒表面粗糙度、颗粒浓度成正比。微塑料群落组成受到地理位置、温度、盐度、浮游植物丰度、塑料种类、大小、表面粗糙度及聚合物种类的影响(Carson et al, 2013)。Reisser等(2014)对澳大利亚沿海到开阔大洋、热带到温带的68种漂浮塑料碎屑进行电镜扫描, 发现硅藻是多样性最高的塑料殖民者, 共有14个种类, 同时还有颗石藻、苔藓虫, 藤壶、甲藻等足目、海生蠕虫等。此项研究显示人工制造的塑料为海洋浮游动植物及无脊椎动物提供了新的浮游栖息地, 这对海洋初级生产力、海洋生物传播均会产生相应的影响。
2003年, Masó等(2003)人发现地中海西北部的加泰隆尼亚海岸的塑料碎屑上黏附着绿-黄斑块, 经检测为底栖硅藻及小型甲藻, 同时还发现了有害甲藻如Ostreopsis sp.及Coolia sp.、未能鉴定的甲藻孢子、亚历山大藻孢子等, 预示着漂浮塑料碎屑可能会成为有害藻种扩散传播的潜在载体。有害藻种一旦漂移至适合海域, 当营养盐充足、温度、光照、pH等理化因素适宜时可发生暴发性繁殖, 形成赤潮, 影响水体理化性质, 大量消耗水体溶解氧, 释放大量有害气体及毒素, 危害海洋生物, 污染海洋环境。基于塑料的生物富集作用及可迁移性, 不少科学家认为海洋塑料会成为有害赤潮藻类传播的有力载体(Keswani et al, 2016)(图1)。
富含生物膜的微塑料颗粒是浮游动物幼虫、鱼类幼仔等低营养级生物的高效食物来源, 对于捕食者来说, 微塑料颗粒是富含营养物质的食物, 可省却不少寻找食物的麻烦。我们认为摄食微塑料一方面可为捕食者提供更多的营养物质, 另一方面提高捕食者的捕食效率, 即我们首次提出的微塑料作为微生物及浮游植物的聚集体对于附生动物的“捕食增强作用”。此概念提出的依据如下:
1) 如前所述, 大量调查结果显示微塑料上聚集着细菌病毒、浮游植物等生物体。在同等条件下, 根据捕食原则, 捕食者会优先摄食具有较多食物来源的颗粒, 从而提高捕食效率。尤其在叶绿素a浓度较低的海域, 浮游动物捕食竞争激烈, 从富营养海域传播扩散至贫营养海域的微塑料颗粒可能携带罕见的食物资源。
2) 同为水中漂浮物, 微塑料颗粒与海雪(marine snow)具有相似的活性特征。海雪是海洋碎屑、微小活有机体及无机物等的聚合体, 在海洋中分布广泛。作为一个小型栖息地, 海雪聚合物上附着了大量的微生物群落, 是光合作用、分解作用、营养盐再生等的高活性中心(Alldredge et al, 1988)。早在几十年前, 大量研究证实浮游动物倾向于附着在海雪上, 海雪是浮游动物及鱼类幼仔等的食物来源(Kiørboe et al, 2000)。例如在墨西哥湾北部沿岸及远海水体中, 均发现海雪上聚集着大量的浮游动物群落, 其中以桡足类居多, 这说明有些浮游动物种类倾向于聚集在海雪上, 因为海雪及其附着的微生物群落为其提供了重要的营养物质(Green et al, 1997)。同理可推测微塑料上的生物膜吸引附生动物附着其上, 并可提高附生动物的捕食效率。
3) 若仅从数学角度考虑, 微塑料具有提高捕食效率的潜能。举个例子, 若1个微塑料颗粒上附着10个硅藻, 滤食性动物一次滤食可得1个颗粒, 若该颗粒为硅藻, 则仅捕食到1个硅藻, 若该颗粒为微塑料, 则可捕食到10个硅藻, 捕食效率上升10倍。另一方面, 由于微塑料上生物量丰富, 捕食者所获取的营养物质也上升10倍。有证据显示, 桡足类的食物种类多样化, 并且具备优先摄食所需营养, 优化摄食结构的能力(Gifford et al, 2007), 因此, 推测桡足类会优先摄食富含生物膜的微塑料颗粒。
4) 微塑料可为捕食者提供更为丰富、全面的营养物质, 满足捕食者对不同营养来源的需求。微塑料上聚集着细菌、浮游植物、原生动物等, 原生动物通过摄食细菌及浮游植物, 从而产生桡足类所需的多不饱和脂肪酸和甾醇等生物化学成分, 即原生动物是连接细菌、浮游植物与桡足类营养关系的中间体, 这被称为营养升级(trophic upgrading)(Breteler et al, 1999)。因此, 桡足类摄食微塑料, 除了可获取到浮游植物所含有的各类脂肪酸等营养成分, 还可获取原生动物所特有的高营养价值的多不饱和脂肪酸及甾醇, 与单独摄食浮游植物或原生动物相比, 摄食微塑料可为桡足类提供更丰度、更全面的营养物质, 亦即微塑料对桡足类的捕食增强作用。
基于捕食增强作用, 生态系统的能量流、物质流可能均有所提高。随着有害藻华(HABs)出现的频率与强度的增加, 浮游动物的食物来源中, 有害藻种或有毒藻种的比例逐渐增加, 有不少实验发现, 桡足类并不会因为赤潮藻种的毒性而放弃食用; 相反地, 会以高速率摄食甲藻等赤潮种类, 但其产卵能力会下降(Wolanski et al, 2011)。据此推理, 微塑料相当于有害藻种, 浮游动物或许也会不计后果地食用微塑料。在寡营养盐海域中, 食草性海洋动物为了生存, 可能偏向于摄食微塑料颗粒以获取更多食物, 而微塑料又对其生长生存产生不利影响, 如影响幼鱼的孵化、降低生长速率、改变先天行为及摄食喜好等(Lönnstedt et al, 2016)。有研究指出微塑料对斑马鱼、线虫、蛤蜊的肠道都有不同程度的损伤, 蛤蜊摄食微塑料后, 肠道清扫能力下降, 能量摄入减少(Xu et al, 2017; Lei et al, 2018), 从而需要摄食更多的食物, 微塑料作为食物富集体, 是蛤蜊理想的食物来源, 如此恶性循环可能对海洋动物产生巨大损害。我们认为, 微塑料颗粒的“捕食增强作用”可能是微塑料对鱼类等海洋动物产生较大毒害作用的原因之一。目前还没有明确的证据证明食草性海洋动物优先摄食微塑料, 但有报道指出, 英吉利海峡摄食微塑料的幼鱼占总幼鱼的2.9% (Steer et al, 2017), 巴西河口摄食微塑料的鱼类占比达到9% (Vendel et al, 2017), 地中海摄食微塑料的黑口锯尾鲨占比高达16.8% (Alomar et al, 2017)。故海洋鱼类对微塑料较高的摄食率是否与“捕食增强作用”有关仍有待商榷, 需结合海域微塑料浓度、摄食动物食物种类及浓度、摄食速率等开展相关实验加以判断。

3 总结与展望

随着塑料产量的不断提升, 塑料垃圾只会有增无减, 而海洋作为一个广袤的开阔环境将会遭受更多的白色污染。海洋微塑料数量庞大、分布范围广、不易降解且极易迁移, 是一种新型的但已引起全球各国重视的热点污染问题。今后还应继续加强对微塑料来源、分布、影响的研究, 改进采样分类、鉴定分析方法, 完善微塑料污染的生态健康风险评估体系。对于微塑料被摄食引发的海洋生物消化道堵塞、生长率降低、死亡率升高、产卵量降低等现象应开展相应的室内实验予以佐证。微塑料吸附及释放有毒物质的环境行为, 应结合各海域持久性有机污染物、有毒重金属污染状况及温度、盐度、pH、海流等海域理化因子进行综合分析, 并开展相应的体内实验, 观察毒性效应。
海洋微塑料作为生物载体的研究是一项全新的研究课题, 目前国际上尚未有深入的研究, 在国内更是完全空白领域, 很多结论仍处于推测阶段, 尚无充足的数据支持。目前通过扫描电镜及高通量测序、DNA指纹图谱、凝胶电泳等方法证实微塑料上附着微生物与附生动植物, 且多样性丰富并形成微型生物群落, 其中不乏赤潮有害藻种及人类致病菌、耐药菌。微塑料作为载体的聚集作用可能诱发微生物间的基因交流, 造成抗生素抗性基因的不可控传播及耐药致病菌的大面积爆发; 微塑料作为载体的迁移扩散作用可能促进有害藻种及致病菌、耐药菌的传播, 到达特定适宜条件时快速繁殖, 引发生态灾难; 微塑料作为载体的“捕食增强作用”可能是捕食者倾向于摄食微塑料颗粒的原因, 可能促进生态系统的能量流、物质流及信息流速率, 但也可能加剧海洋生物摄食微塑料后产生的毒理、病理反应。但生物如何吸附至载体上, 载体上生物群落结构与功能的优势何在, 群落聚集对捕食者的影响, 基因交流的发生概率, 载体作为有害生物的扩散机制等问题仍未可知。需要现场及实验室模拟实验进一步探讨捕食者对微塑料是否有选择性; 需要利用分子生物学技术, 分析附着在微塑料上的微生物的种类组成、群落结构、多样性及丰度, 定量分析有害藻种、致病菌与抗生素抗性基因种类与数量, 并与周围水体进行比较分析, 深入探讨载体的聚集扩散机制。

The authors have declared that no competing interests exist.

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