微塑料對菲和納米氧化鋅抑制微藻生長的復(fù)合效應(yīng)及機(jī)制探究一、引言1.1研究背景與意義在當(dāng)今全球工業(yè)化和城市化進(jìn)程不斷加速的背景下，各類新型污染物對生態(tài)環(huán)境的威脅日益凸顯，其中微塑料、菲以及納米氧化鋅的污染問題備受關(guān)注。塑料自20世紀(jì)初實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以來，因其成本低廉、性能優(yōu)良、用途廣泛等特點，在全球范圍內(nèi)的生產(chǎn)與消費呈爆發(fā)式增長。據(jù)統(tǒng)計，2023年全球塑料產(chǎn)量已突破4.6億噸，且這一數(shù)字仍在持續(xù)攀升。然而，塑料在自然環(huán)境中的降解速度極為緩慢，通常需要數(shù)十年甚至數(shù)百年的時間。在長期的機(jī)械磨損、紫外線輻射、化學(xué)氧化以及生物分解等作用下，大塊塑料逐漸破碎分解，形成粒徑小于5mm的微塑料。這些微塑料廣泛分布于土壤、水體、大氣等環(huán)境介質(zhì)中。在海洋環(huán)境里，微塑料的污染狀況尤為嚴(yán)峻，從表層海水到深海沉積物，從極地海域到熱帶海域，均檢測到了微塑料的存在。據(jù)估算，全球海洋中微塑料的總量已高達(dá)數(shù)億噸，且每年還以數(shù)百萬噸的速度在增加。在淡水生態(tài)系統(tǒng)，如河流、湖泊中，微塑料的污染也不容小覷，其濃度在某些區(qū)域甚至超過了海洋。多環(huán)芳烴（PAHs）是一類由兩個或兩個以上苯環(huán)以稠環(huán)形式相連的有機(jī)化合物，菲作為其中具有代表性的一種，廣泛存在于環(huán)境之中。菲主要來源于化石燃料（如煤炭、石油、天然氣）的不完全燃燒，像工業(yè)生產(chǎn)中的煉焦、煉油、化工等過程，交通運輸中的汽車尾氣排放，以及生物質(zhì)（如木材、秸稈）的燃燒等活動，都會產(chǎn)生大量的菲并釋放到環(huán)境中。在水體中，菲可通過地表徑流、工業(yè)廢水排放、大氣沉降等途徑進(jìn)入，由于其疏水性較強(qiáng)，易吸附在懸浮顆粒物上，從而在水體和沉積物中積累。在土壤中，菲會隨著污水灌溉、污泥農(nóng)用、大氣沉降等方式進(jìn)入，對土壤生態(tài)系統(tǒng)造成污染。研究表明，在一些工業(yè)污染區(qū)和交通繁忙地段的土壤中，菲的含量顯著高于背景值，對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了明顯的影響。納米氧化鋅（ZnONPs）作為一種重要的納米材料，憑借其優(yōu)異的光催化、抗菌、紫外線屏蔽等性能，在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。在化妝品行業(yè)，它常被添加到防曬霜、護(hù)膚品中，以抵御紫外線對皮膚的傷害；在紡織行業(yè)，可用于生產(chǎn)具有抗菌、防紫外線功能的紡織品；在環(huán)境治理領(lǐng)域，作為光催化劑用于降解有機(jī)污染物。然而，隨著納米氧化鋅產(chǎn)量和使用量的不斷增加，其不可避免地會進(jìn)入環(huán)境。在污水處理廠的出水中、河流湖泊等水體以及土壤中，均檢測到了納米氧化鋅的存在。由于納米氧化鋅具有特殊的納米尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)，其在環(huán)境中的行為和生態(tài)毒性與常規(guī)氧化鋅截然不同，對生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成了潛在威脅。微藻作為水生生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者，在生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動中扮演著至關(guān)重要的角色。它們通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為整個生態(tài)系統(tǒng)提供能量基礎(chǔ)，同時吸收二氧化碳，釋放氧氣，對維持水體的溶氧平衡和碳循環(huán)具有重要意義。微藻還是水生食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，其生長狀況直接影響到浮游動物、小型魚類等生物的生存和繁衍，進(jìn)而影響整個水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。深入探究微塑料、菲和納米氧化鋅對微藻生長的影響及作用機(jī)理，具有重要的科學(xué)意義和現(xiàn)實價值。從科學(xué)意義角度來看，有助于我們深入了解這些污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律以及它們與生物之間的相互作用機(jī)制，豐富和完善環(huán)境科學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)等學(xué)科的理論體系。不同污染物對微藻的毒性效應(yīng)可能存在差異，研究它們的單獨作用以及聯(lián)合作用，能夠揭示污染物的致毒機(jī)制，為評估多種污染物復(fù)合污染的生態(tài)風(fēng)險提供理論依據(jù)。從現(xiàn)實價值層面而言，微藻生長受到抑制或發(fā)生改變，將直接影響水生生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和生物多樣性，通過研究，可以為制定合理的環(huán)境保護(hù)政策和污染治理措施提供科學(xué)指導(dǎo)，有助于保護(hù)水生生態(tài)系統(tǒng)的健康和可持續(xù)發(fā)展。在飲用水源地保護(hù)方面，了解這些污染物對微藻的影響，能夠為保障飲用水安全提供決策依據(jù)，防止因微藻異常生長或污染物積累導(dǎo)致的水質(zhì)惡化問題。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1微塑料對微藻生長的影響微塑料對微藻生長的影響研究已取得一定進(jìn)展，但仍存在諸多未明確之處。在微塑料對微藻的毒性效應(yīng)方面，眾多研究表明其影響呈現(xiàn)多樣性。郝雙玲等人研究發(fā)現(xiàn)，微塑料濃度越高，對微藻的影響越顯著。如Wu等學(xué)者對微塑料聚乙烯（PVC）和聚丙烯（PP）暴露進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)其均對蛋白核小球藻和水華微囊藻的葉綠素a濃度和光合活性產(chǎn)生負(fù)向影響，且濃度越高，影響越大。然而，也有研究呈現(xiàn)不同結(jié)果，Venncio等學(xué)者研究聚丙烯酸甲酯（PMMA）納米塑料對4種海洋微藻的毒性影響時，發(fā)現(xiàn)只有在高濃度情況下，微藻生長才會受到抑制，這可能是由于微藻團(tuán)聚體的形成提高了其耐受性。在PP和高密度聚乙烯（HDPE）塑料與淡水微藻萊茵衣藻的相互作用研究中，高濃度的微塑料存在并未直接影響微藻的生長，3種參與應(yīng)激反應(yīng)的基因表達(dá)也均未發(fā)生改變。微塑料的尺度也是影響微藻生長的重要因素。有研究指出，較小粒徑的微塑料更容易被微藻攝取，從而對微藻產(chǎn)生更為顯著的影響。潘科研究員團(tuán)隊使用原子力顯微鏡探索海水老化的微塑料與四種代表性微藻的接觸模式，發(fā)現(xiàn)共暴露七天后，微藻特定部位出現(xiàn)因物種和微塑料粒徑而異的畸形，通過鑲嵌或內(nèi)陷方式，微塑料分別吸附于多孔或光滑細(xì)胞表面，導(dǎo)致細(xì)胞壁出現(xiàn)輕微形變或明顯皺褶，甚至侵入微藻細(xì)胞體內(nèi)。但目前關(guān)于微塑料粒徑與微藻毒性效應(yīng)之間的定量關(guān)系，尚未形成統(tǒng)一結(jié)論，不同研究因?qū)嶒灄l件、微藻種類等差異，結(jié)果存在較大差異。微塑料的形狀和表面電荷同樣會對微藻生長產(chǎn)生作用。形狀方面，有研究對比了球形、纖維狀等不同形狀微塑料對微藻的影響，發(fā)現(xiàn)纖維狀微塑料可能更容易纏繞微藻細(xì)胞，影響其正常生理活動，但這方面的研究還相對較少，缺乏系統(tǒng)深入的探究。表面電荷方面，帶正電荷的微塑料可能更容易與帶負(fù)電荷的微藻細(xì)胞表面發(fā)生相互作用，從而影響微藻的生長和代謝，然而，相關(guān)研究在不同微藻種類和環(huán)境條件下的結(jié)果并不完全一致，還需要更多的研究來明確其作用機(jī)制。在微塑料影響微藻生長的機(jī)制研究方面，目前主要集中在物理損傷和氧化應(yīng)激等方面。物理損傷方面，微塑料可能會破壞微藻的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，干擾細(xì)胞的物質(zhì)運輸和信號傳遞。如聚苯乙烯（PS）塑料在適應(yīng)期及對數(shù)增長期對小球藻的生長有抑制作用，導(dǎo)致小球藻光合活性降低，蛋白核不清晰、類囊體扭曲和細(xì)胞膜受損。氧化應(yīng)激方面，微塑料的存在可能會誘導(dǎo)微藻細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）的產(chǎn)生，打破細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡，從而對細(xì)胞的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA等生物大分子造成損傷。但微塑料與微藻之間的相互作用是一個復(fù)雜的過程，除了物理損傷和氧化應(yīng)激，可能還存在其他未被揭示的機(jī)制，例如對微藻細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)和信號通路的影響等，目前這方面的研究還較為匱乏。1.2.2菲對微藻生長的影響菲對微藻生長的影響研究也積累了一定成果，但仍有研究空間。從毒性效應(yīng)來看，菲對微藻生長的影響具有濃度依賴性。王秀翠等人采用實驗室培養(yǎng)銅綠微囊藻的方法，研究發(fā)現(xiàn)菲對微囊藻生長的影響高于萘與芘，微量萘、芘暴露可對微囊藻生長具有一定的促進(jìn)作用，而高濃度暴露組均抑制了微囊藻的生長，其比生長速率與暴露濃度顯著負(fù)相關(guān)。在對亞心型扁藻和小新月菱形藻的研究中發(fā)現(xiàn)，低濃度蒽、菲、芘（50μg/L）對其生長具有促進(jìn)作用，而高濃度蒽、菲、芘（100-200μg/L）對其生長具有抑制作用。菲對微藻的毒性還受到環(huán)境因素的影響。有研究表明，pH值會影響菲對海洋微藻的毒性，隨著pH值的降低，菲的毒性顯著增加。鹽度也可能對菲的毒性產(chǎn)生影響，但目前關(guān)于鹽度與菲對微藻毒性關(guān)系的研究較少，相關(guān)機(jī)制尚不清楚。在作用機(jī)制方面，菲主要通過影響微藻的光合作用和抗氧化系統(tǒng)來抑制其生長。菲會降低微藻葉綠素a含量和光合速率，從而抑制微藻的光合作用。同時，菲的暴露會導(dǎo)致微藻細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶活性發(fā)生變化，如超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）等，以應(yīng)對氧化應(yīng)激。然而，目前對于菲影響微藻生長的分子機(jī)制研究還不夠深入，菲如何與微藻細(xì)胞內(nèi)的受體結(jié)合，如何調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)等問題，仍有待進(jìn)一步探索。1.2.3納米氧化鋅對微藻生長的影響納米氧化鋅對微藻生長影響的研究也有不少成果，但也存在不足。在毒性效應(yīng)方面，納米氧化鋅對微藻的生長抑制作用較為明顯。研究表明，納米氧化鋅可以顯著抑制杜氏藻和淡水綠藻（Chlorococcumsp.和Scenedesmusrubescens）的生長，且對杜氏藻的毒性比淡水綠藻更強(qiáng)。不同濃度的納米氧化鋅對微藻的毒性不同，低濃度下可能對微藻的生長具有輕微促進(jìn)作用，隨著濃度的增加，毒性逐漸顯現(xiàn)，抑制微藻的生長。納米氧化鋅的粒徑、表面性質(zhì)等因素會影響其對微藻的毒性。粒徑越小，納米氧化鋅的比表面積越大，表面活性位點增多，可能使其更容易與微藻細(xì)胞發(fā)生相互作用，從而增強(qiáng)毒性。表面修飾也會改變納米氧化鋅的表面電荷、親疏水性等性質(zhì)，進(jìn)而影響其對微藻的毒性。然而，目前對于納米氧化鋅的這些性質(zhì)與微藻毒性之間的定量關(guān)系研究還不夠充分，難以準(zhǔn)確評估納米氧化鋅在環(huán)境中的生態(tài)風(fēng)險。在作用機(jī)制方面，納米氧化鋅主要通過產(chǎn)生ROS對微藻造成氧化損傷。納米氧化鋅在光照等條件下，會產(chǎn)生電子-空穴對，這些電子和空穴與周圍的水分子和氧氣反應(yīng)，生成大量的ROS，如超氧陰離子自由基（O2??）、羥基自由基（?OH）等，從而導(dǎo)致微藻細(xì)胞的氧化應(yīng)激，損傷細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能。納米氧化鋅還可能通過影響微藻細(xì)胞的離子平衡、細(xì)胞膜通透性等方面來抑制其生長。但納米氧化鋅與微藻之間的相互作用機(jī)制較為復(fù)雜，還有許多細(xì)節(jié)尚未明確，例如納米氧化鋅進(jìn)入微藻細(xì)胞內(nèi)的具體途徑和在細(xì)胞內(nèi)的代謝過程等，需要進(jìn)一步深入研究。1.2.4微塑料、菲和納米氧化鋅對微藻生長影響的研究空白盡管微塑料、菲和納米氧化鋅對微藻生長影響的研究取得了一定進(jìn)展，但仍存在諸多空白。在三者的聯(lián)合作用方面，目前研究較少，且主要集中在兩兩組合的研究。對于微塑料、菲和納米氧化鋅三者同時存在時對微藻生長的影響及作用機(jī)制，幾乎未見報道。微塑料可能會吸附菲和納米氧化鋅，改變它們在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化行為和生物可利用性，從而影響它們對微藻的毒性。三者聯(lián)合作用下，可能會對微藻的生理生化過程產(chǎn)生協(xié)同或拮抗效應(yīng)，但具體情況尚不明確，需要深入研究。在不同環(huán)境條件下，三者對微藻生長影響的研究也不夠全面。環(huán)境因素如溫度、光照、pH值、鹽度等，不僅會影響微塑料、菲和納米氧化鋅的環(huán)境行為，還會影響微藻的生理狀態(tài)，進(jìn)而影響它們之間的相互作用。目前關(guān)于這些環(huán)境因素對三者復(fù)合污染影響微藻生長的研究較少，難以準(zhǔn)確評估在復(fù)雜多變的自然環(huán)境中，它們對微藻及水生生態(tài)系統(tǒng)的影響。在微藻種類的選擇上，現(xiàn)有研究主要集中在少數(shù)幾種常見微藻，對于其他種類微藻的研究較少。不同種類微藻由于其細(xì)胞結(jié)構(gòu)、生理特性和代謝途徑的差異，對微塑料、菲和納米氧化鋅的敏感性和耐受性可能不同。研究更多種類微藻的響應(yīng)，有助于更全面地了解這些污染物對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容單一污染物對微藻生長的影響：分別研究不同濃度的微塑料、菲和納米氧化鋅對微藻生長的影響。通過設(shè)置一系列濃度梯度，觀察微藻在不同濃度污染物暴露下的生長曲線、細(xì)胞密度、生物量等指標(biāo)的變化。研究不同尺度、形狀和表面電荷的微塑料對微藻生長的影響，分析微塑料的這些特性與微藻生長抑制之間的關(guān)系。探究不同粒徑和表面性質(zhì)的納米氧化鋅對微藻生長的影響，明確納米氧化鋅的物理化學(xué)性質(zhì)對其毒性的影響規(guī)律。污染物聯(lián)合作用對微藻生長的影響：研究微塑料與菲、微塑料與納米氧化鋅、菲與納米氧化鋅兩兩組合以及微塑料、菲和納米氧化鋅三者共同作用時對微藻生長的影響。通過實驗測定不同組合和濃度下微藻的生長指標(biāo)，分析污染物之間的相互作用是協(xié)同、拮抗還是相加效應(yīng)。探索在不同環(huán)境條件（如溫度、光照、pH值、鹽度等）下，污染物聯(lián)合作用對微藻生長影響的變化規(guī)律。模擬不同的自然環(huán)境條件，研究環(huán)境因素對污染物聯(lián)合毒性的影響機(jī)制。微塑料對菲和納米氧化鋅抑制微藻生長的作用機(jī)理：從物理作用角度，研究微塑料是否會吸附菲和納米氧化鋅，改變它們在水體中的遷移轉(zhuǎn)化行為和生物可利用性。通過吸附實驗、遷移轉(zhuǎn)化實驗等，分析微塑料與菲、納米氧化鋅之間的相互作用過程和機(jī)制。從生物作用角度，探究微塑料是否會影響微藻對菲和納米氧化鋅的攝取和積累，以及對微藻細(xì)胞內(nèi)生理生化過程的影響。利用熒光標(biāo)記、透射電子顯微鏡等技術(shù)，觀察微塑料、菲和納米氧化鋅在微藻細(xì)胞內(nèi)的分布和積累情況，分析它們對微藻細(xì)胞內(nèi)酶活性、抗氧化系統(tǒng)、基因表達(dá)等方面的影響。1.3.2研究方法實驗材料：選擇常見且具有代表性的微藻種類，如蛋白核小球藻、銅綠微囊藻、萊茵衣藻等作為受試生物。準(zhǔn)備不同類型、尺寸、形狀和表面性質(zhì)的微塑料，如聚苯乙烯微塑料、聚乙烯微塑料等。選用純度高、粒徑和表面性質(zhì)明確的納米氧化鋅。菲采用高純度的標(biāo)準(zhǔn)品。實驗設(shè)計：單一污染物實驗：設(shè)置多個濃度梯度，每個濃度設(shè)置至少3個平行樣，以確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。同時設(shè)置空白對照組，不添加任何污染物。聯(lián)合作用實驗：對于兩兩組合和三者共同作用的實驗，同樣設(shè)置多個濃度組合，每個組合設(shè)置3個平行樣。通過完全隨機(jī)設(shè)計，減少實驗誤差。不同環(huán)境條件實驗：在不同溫度（如15℃、20℃、25℃、30℃）、光照強(qiáng)度（如1000lx、2000lx、3000lx）、pH值（如6.0、7.0、8.0、9.0）和鹽度（如10‰、20‰、30‰、40‰）條件下，進(jìn)行污染物對微藻生長影響的實驗。每個環(huán)境條件下設(shè)置相應(yīng)的實驗組和對照組。檢測指標(biāo)與方法：生長指標(biāo)：每天定時使用血球計數(shù)板或細(xì)胞計數(shù)儀測定微藻的細(xì)胞密度，繪制生長曲線。定期測定微藻的生物量，可通過過濾、烘干、稱重等方法進(jìn)行。生理生化指標(biāo)：采用分光光度計測定微藻葉綠素a含量，以反映微藻的光合作用能力。通過試劑盒測定微藻細(xì)胞內(nèi)抗氧化酶（如SOD、CAT、POD等）的活性和丙二醛（MDA）含量，評估微藻的氧化應(yīng)激水平。利用熒光定量PCR技術(shù)檢測與微藻生長、抗氧化、應(yīng)激反應(yīng)等相關(guān)基因的表達(dá)水平。污染物分析：采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（HPLC-MS）測定水體中菲的濃度。使用透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）觀察微塑料和納米氧化鋅的形貌、粒徑分布以及它們與微藻細(xì)胞的相互作用情況。通過電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅的含量以及水體中鋅離子的濃度。數(shù)據(jù)分析方法：運用統(tǒng)計軟件（如SPSS、Origin等）對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用方差分析（ANOVA）檢驗不同處理組之間的差異顯著性。通過相關(guān)性分析探究污染物濃度與微藻生長指標(biāo)、生理生化指標(biāo)之間的關(guān)系。利用主成分分析（PCA）、冗余分析（RDA）等多元統(tǒng)計分析方法，分析不同污染物、環(huán)境因素與微藻生長及生理生化指標(biāo)之間的復(fù)雜關(guān)系，揭示污染物對微藻生長的影響機(jī)制。二、微塑料、菲和納米氧化鋅概述2.1微塑料微塑料是指直徑小于5mm的塑料碎片或顆粒，這一概念最早由英國普利茅斯大學(xué)的Thompson等人于2004年在《科學(xué)》雜志上發(fā)表的論文中提出。微塑料的來源廣泛，可分為初級微塑料和次級微塑料。初級微塑料是指在生產(chǎn)過程中被直接制造為微觀尺寸的塑料，常見于個人護(hù)理產(chǎn)品，如牙膏、洗發(fā)水、沐浴露等中的塑料微珠，以及衣物纖維在洗滌過程中釋放出的微塑料纖維。在工業(yè)生產(chǎn)中，用于空氣噴射技術(shù)的初級微塑料還常伴隨重金屬污染。日常使用的塑料制品產(chǎn)生的塑料碎片隨著生活污水進(jìn)入污水處理廠，使得污水廠出水成為淡水水體中微塑料的重要來源。次級微塑料則是由較大的塑料碎片經(jīng)過物理磨損、化學(xué)反應(yīng)和生物降解等過程進(jìn)一步破碎形成，其形成過程主要發(fā)生在海洋環(huán)境中。風(fēng)化是塑料分解的主要過程，塑料顆粒容易受到機(jī)械力的破壞，例如磨損、波動和湍流等，超過半數(shù)的廢棄塑料漂浮在海面，會受到紫外線輻射和光氧化而發(fā)生分解，這種降解可能導(dǎo)致用于增強(qiáng)耐久性和耐腐蝕性的添加劑從塑料中浸出。溫度、陽光、pH等環(huán)境因素，以及塑料材料的特性，如尺寸和密度，都會影響大體積塑料（>5mm）的降解速率。在底棲帶的低能量極端海洋環(huán)境中，由于含氧量非常低，在海洋深處和鹽堿條件下，微塑料的降解速度顯著減慢。根據(jù)微塑料的形狀，可將其分為球形、纖維狀、片狀、不規(guī)則形狀等。不同形狀的微塑料在環(huán)境中的行為和生態(tài)效應(yīng)可能存在差異。纖維狀微塑料可能更容易纏繞生物，影響生物的正常生理活動。微塑料的化學(xué)組成主要包括聚乙烯（PE）、聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）和聚苯乙烯（PS）等。研究表明，PVC、尼龍和PET相較海水密度大，在水體環(huán)境中容易下沉，賦存在海洋沉積物中；PE、PP和PS等密度較低的微塑料在海洋水體中以分散或懸浮固體顆粒的形式存在。微塑料表面的微生物吸附和積累會改變它的沉降性能。微塑料表面積越大，生物膜形成越快，生物膜表面定殖的硅藻等藻類有助于微塑料形成團(tuán)聚體，沉降行為隨之加快，當(dāng)下沉至光照難以滿足需求的深度，生物膜逐漸脫落，微塑料重新上浮。微塑料在環(huán)境中分布廣泛，在土壤、水體、大氣等環(huán)境介質(zhì)中均有發(fā)現(xiàn)。在海洋中，微塑料的污染狀況尤為嚴(yán)重，從表層海水到深海沉積物，從極地海域到熱帶海域，都檢測到了微塑料的存在。據(jù)估算，全球海洋中微塑料的總量已高達(dá)數(shù)億噸，且每年還以數(shù)百萬噸的速度在增加。在淡水生態(tài)系統(tǒng)，如河流、湖泊中，微塑料的污染也日益嚴(yán)重，其濃度在某些區(qū)域甚至超過了海洋。在土壤中，微塑料可能會通過廢棄塑料制品的降解或農(nóng)業(yè)活動中使用的塑料膜等進(jìn)入土地。隨著時間的推移，土壤中的微塑料可能影響植物的生長，并通過食物鏈進(jìn)入動物體內(nèi)。大氣中的微塑料主要來自于紡織衣物的合成纖維，以及工業(yè)上對合成材料的切碎和磨削等機(jī)加工。在塑料的生產(chǎn)、加工、使用和廢棄過程中，微量的塑料顆粒會不可避免地釋放到大氣中。此外，塑料垃圾在環(huán)境中的風(fēng)化和破碎也是大氣中微塑料的重要來源。大氣中的微塑料體積小、重量輕，它們可以隨著氣流飄散，并且在大氣中懸浮很長時間，甚至跨越國界，對全球環(huán)境造成潛在影響。微塑料對生態(tài)環(huán)境和人體健康具有潛在危害。由于其體積小、吸附能力強(qiáng)，微塑料常吸附其它種類污染物，形成污染物聚集體，發(fā)生遷移轉(zhuǎn)換。微塑料具有多種生物毒性效應(yīng)，會造成動物炎癥等多種病癥，已在人體多種組織、器官及代謝物中均檢測到微塑料的存在。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，微塑料可能會被水生生物誤食，導(dǎo)致生物腸道堵塞、營養(yǎng)吸收受阻，影響生物的生長、發(fā)育和繁殖。微塑料還可能會影響水生生物的行為，如改變其游泳能力、覓食行為和躲避天敵的能力等。在土壤生態(tài)系統(tǒng)中，微塑料可能會影響土壤的物理性質(zhì)，如通氣性、透水性和保水性等，進(jìn)而影響土壤微生物的活性和植物的生長。2.2菲菲（Phenanthrene）是一種典型的多環(huán)芳烴，其分子式為C_{14}H_{10}，由三個苯環(huán)稠合而成，與蒽互為同分異構(gòu)體。菲的分子結(jié)構(gòu)中，三個六元環(huán)形成一定角度，并非呈直線相連。這種獨特的結(jié)構(gòu)賦予了菲特殊的物理和化學(xué)性質(zhì)。在物理性質(zhì)方面，菲為白色片狀晶體，帶有淡淡的芳香氣味，其溶液呈現(xiàn)出藍(lán)色熒光。菲的熔點為99℃，沸點達(dá)338.4℃。它幾乎不溶于水，在1℃時，其在水中的溶解度僅為15.25mg/L，但可溶于乙醇、乙醚、丙酮、苯和二硫化碳等有機(jī)溶劑。在化學(xué)性質(zhì)上，菲的化學(xué)活性介于萘和蒽之間，能在9、10位上發(fā)生取代、加成及氧化反應(yīng)，不過相較于蒽，其反應(yīng)活性略低。例如，菲與溴在四氯甲烷存在的條件下加熱，會發(fā)生取代反應(yīng)，生成9-溴菲；與溴也可發(fā)生加成反應(yīng)，生成9,10-二溴菲。菲催化加氫時，能夠得到9,10-二氫菲、八氫菲和全氫菲。在氧化反應(yīng)中，菲與鉻酸、氧化鉻等氧化物作用，可生成菲醌，并能進(jìn)一步氧化成2,2'-聯(lián)苯二甲酸。菲的硝化反應(yīng)會得到2,3,4和9-硝基菲的一元混合物，磺化反應(yīng)則得到1,2,3和9-菲磺酸的一元混合物。由于這些一元取代物是異構(gòu)體的混合物，分離、提純難度較大，所以菲的硝化和磺化反應(yīng)在實際應(yīng)用中價值有限。菲還可被臭氧分解為2-醛基-2'-羧基-聯(lián)苯。菲的來源較為廣泛，主要源于礦物和植物。在礦物來源方面，菲是煤焦油中含量僅次于萘的成分，約占煤焦油的5%。它通過化石燃料（如煤炭、石油、天然氣）的不完全燃燒，像工業(yè)生產(chǎn)中的煉焦、煉油、化工等過程，交通運輸中的汽車尾氣排放，以及生物質(zhì)（如木材、秸稈）的燃燒等活動，被自然釋放到環(huán)境中。來自這些來源的菲可能會污染近水系統(tǒng)，同時也存在于煤焦油和炭烤食品中。在植物來源方面，菲及菲類衍生物存在于開花植物中，主要分布在蘭科，少數(shù)分布在薯蕷科、使君子科和樺木科，以及低等苔類植物中。存在菲的蘭科植物包括鐵皮石斛屬、石豆蘭屬、毛蘭屬、腋唇蘭屬、白及屬、貝母蘭屬、蘭屬、金石斛屬和樹蘭屬等。由于菲具有較強(qiáng)的疏水性，進(jìn)入環(huán)境后，它易吸附在懸浮顆粒物或土壤顆粒表面，從而在水體和土壤中積累。在水體中，菲主要通過地表徑流、工業(yè)廢水排放、大氣沉降等途徑進(jìn)入，會對水生生態(tài)系統(tǒng)造成污染。在土壤中，菲會隨著污水灌溉、污泥農(nóng)用、大氣沉降等方式進(jìn)入，影響土壤生態(tài)系統(tǒng)。研究表明，在一些工業(yè)污染區(qū)和交通繁忙地段的土壤中，菲的含量顯著高于背景值，對土壤微生物群落結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了明顯的影響。菲對生物具有一定的毒性，它能夠干擾生物的內(nèi)分泌系統(tǒng)，影響生物的生長、發(fā)育和繁殖。菲還具有致癌、致畸和致突變的潛在風(fēng)險，對人體健康構(gòu)成威脅。在對動物的實驗研究中發(fā)現(xiàn)，長期暴露于菲環(huán)境下，實驗動物可能會出現(xiàn)肝臟損傷、生殖系統(tǒng)異常等癥狀。在細(xì)胞實驗中，菲能夠誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生氧化應(yīng)激，損傷細(xì)胞的DNA，引發(fā)細(xì)胞凋亡。2.3納米氧化鋅納米氧化鋅（ZnONPs）是指晶粒尺寸介于1-100nm之間的氧化鋅材料，它是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品。由于其粒徑相較于普通氧化鋅大幅減小，使得其比表面積顯著增大，進(jìn)而在物理和化學(xué)性質(zhì)上展現(xiàn)出諸多獨特之處。從物理性質(zhì)方面來看，納米氧化鋅具有高透明度和高分散性。在光學(xué)性能上，它能夠有效地吸收紫外線，是一種優(yōu)秀的紫外線遮蔽材料。研究表明，納米氧化鋅對紫外線的吸收能力明顯強(qiáng)于傳統(tǒng)的氧化鋅材料，在200-400nm的紫外線波段，其吸光度較高。這一特性使其在化妝品、涂料等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在電學(xué)性能方面，納米氧化鋅呈現(xiàn)出半導(dǎo)體特性，其電學(xué)性能與粒徑、晶體結(jié)構(gòu)等因素密切相關(guān)。通過控制制備條件，可以調(diào)控納米氧化鋅的電學(xué)性能，使其滿足不同的應(yīng)用需求。在磁性方面，雖然氧化鋅本身是一種非磁性材料，但當(dāng)尺寸減小到納米級別時，由于表面效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等，可能會表現(xiàn)出一定的弱磁性。在化學(xué)性質(zhì)上，納米氧化鋅具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。由于其表面原子配位不飽和，使得表面活性位點增多，化學(xué)活性增強(qiáng)。納米氧化鋅能夠在光催化反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，在光照條件下，它可以產(chǎn)生電子-空穴對，這些電子和空穴能夠與周圍的水分子和氧氣反應(yīng)，生成具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基（?OH）和超氧陰離子自由基（O2??）。這些自由基可以氧化降解有機(jī)污染物，如染料、農(nóng)藥等。研究發(fā)現(xiàn)，納米氧化鋅對亞甲基藍(lán)、羅丹明B等染料具有良好的光催化降解效果，在一定條件下，能夠?qū)⑦@些染料快速降解為無害的小分子物質(zhì)。納米氧化鋅還具有一定的酸堿兩性，能夠與酸和堿發(fā)生反應(yīng)。納米氧化鋅的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。在電子產(chǎn)業(yè)中，它被用于生產(chǎn)半導(dǎo)體、光纖和薄膜晶體管等。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，納米氧化鋅憑借其獨特的電學(xué)性能，可用于制造高性能的半導(dǎo)體器件，如場效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管等。在醫(yī)療產(chǎn)業(yè)，由于其具有優(yōu)良的抗菌性能和低毒性，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備的制造、醫(yī)用敷料、口腔護(hù)理等領(lǐng)域。納米氧化鋅能夠抑制多種細(xì)菌的生長，如大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等。在紡織領(lǐng)域，納米氧化鋅可用于制備具有抗菌、防紫外線功能的紡織品。將納米氧化鋅添加到纖維中，能夠賦予紡織品抗菌和防紫外線的性能，提高紡織品的附加值。在環(huán)境治理領(lǐng)域，納米氧化鋅作為光催化劑，可用于降解有機(jī)污染物，凈化空氣和水體。隨著納米氧化鋅產(chǎn)量和使用量的不斷增加，其不可避免地會進(jìn)入環(huán)境。在污水處理廠的出水中、河流湖泊等水體以及土壤中，均檢測到了納米氧化鋅的存在。納米氧化鋅在環(huán)境中的行為較為復(fù)雜，其遷移、轉(zhuǎn)化和歸趨受到多種因素的影響。在水體中，納米氧化鋅的團(tuán)聚行為是影響其遷移和生物可利用性的重要因素。由于納米氧化鋅具有較高的表面能，在水體中容易發(fā)生團(tuán)聚，團(tuán)聚后的納米氧化鋅粒徑增大，沉降速度加快，可能會沉積到水底。水體中的離子強(qiáng)度、pH值、腐殖酸等物質(zhì)也會影響納米氧化鋅的團(tuán)聚行為。在土壤中，納米氧化鋅可能會與土壤顆粒發(fā)生相互作用，被土壤顆粒吸附，從而影響其在土壤中的遷移和生物可利用性。土壤的質(zhì)地、陽離子交換容量、有機(jī)質(zhì)含量等因素都會對納米氧化鋅與土壤顆粒的相互作用產(chǎn)生影響。納米氧化鋅對生物具有一定的毒性。其毒性機(jī)制主要包括氧化作用、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期的停滯等。在氧化作用方面，納米氧化鋅的表面含有大量的空穴，會與活性氧形成氧化還原反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生大量的自由基。這些自由基可以直接損傷細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)、DNA等生物分子，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。在炎癥反應(yīng)方面，納米氧化鋅進(jìn)入細(xì)胞后，會引發(fā)免疫反應(yīng)，使得細(xì)胞釋放促炎性蛋白質(zhì)。納米氧化鋅還可以改變細(xì)胞內(nèi)鈣離子的濃度，激活磷酸化蛋白酶，這些反應(yīng)可以導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)生，增加細(xì)胞死亡幾率。在細(xì)胞凋亡方面，納米氧化鋅可以通過直接或間接途徑引發(fā)細(xì)胞凋亡。直接途徑是指納米氧化鋅直接與細(xì)胞膜相互作用，損傷細(xì)胞膜，從而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。間接途徑是指納米氧化鋅進(jìn)入細(xì)胞后釋放金屬離子，對細(xì)胞內(nèi)基因表達(dá)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑產(chǎn)生影響，從而觸發(fā)細(xì)胞凋亡。在細(xì)胞周期的停滯方面，納米氧化鋅可以損傷DNA、蛋白質(zhì)等細(xì)胞內(nèi)組分，從而觸發(fā)DNA損傷修復(fù)機(jī)制。此時，細(xì)胞會阻塞在G1/S或G2/M階段，保證細(xì)胞正確修復(fù)DNA并對可能的基因突變作出反應(yīng)。研究表明，納米氧化鋅對微藻、水生動物、陸生動物等多種生物都具有毒性。對微藻來說，納米氧化鋅會抑制其生長，降低光合作用效率，影響其生理生化過程。對水生動物，如魚類、貝類等，納米氧化鋅可能會導(dǎo)致其生長發(fā)育受阻、繁殖能力下降、免疫功能降低等。對陸生動物，納米氧化鋅可能會對其肝臟、腎臟、神經(jīng)系統(tǒng)等造成損傷。三、微塑料對菲抑制微藻生長的影響3.1實驗設(shè)計與方法本實驗選擇蛋白核小球藻（Chlorellapyrenoidosa）作為受試微藻，該微藻是一種常見且對污染物較為敏感的淡水微藻，在水生生態(tài)系統(tǒng)中具有重要地位，常被用于生態(tài)毒理學(xué)研究。實驗所用微塑料為聚苯乙烯微塑料（PSMPs），其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、在環(huán)境中廣泛存在等特點。微塑料的粒徑設(shè)置為1μm和10μm兩種，以研究不同粒徑微塑料對實驗結(jié)果的影響。菲采用純度為98%的標(biāo)準(zhǔn)品，其化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在環(huán)境中難以降解。實驗設(shè)置了以下處理組：對照組（不添加微塑料和菲）、不同濃度菲處理組（0.01mg/L、0.1mg/L、1mg/L）、不同粒徑微塑料與不同濃度菲的聯(lián)合處理組（1μmPSMPs+0.01mg/L菲、1μmPSMPs+0.1mg/L菲、1μmPSMPs+1mg/L菲、10μmPSMPs+0.01mg/L菲、10μmPSMPs+0.1mg/L菲、10μmPSMPs+1mg/L菲）。每個處理組設(shè)置3個平行樣，以確保實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。實驗在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行，溫度控制在（25±1）℃，光照強(qiáng)度為3000lx，光暗周期為12h:12h。培養(yǎng)容器為250mL的錐形瓶，每個錐形瓶中加入100mL的BG-11培養(yǎng)基，接種處于對數(shù)生長期的蛋白核小球藻，初始細(xì)胞密度調(diào)整為1\times10^{5}個/mL。實驗過程中每天定時搖晃錐形瓶，以保證微藻均勻分布，并補(bǔ)充適量的無菌水，以補(bǔ)償水分蒸發(fā)。在實驗開始后的第1、3、5、7天，使用血球計數(shù)板在顯微鏡下計數(shù)微藻細(xì)胞密度，計算微藻的生長速率。生長速率的計算公式為：\mu=(\lnN_{t}-\lnN_{0})/(t-t_{0})，其中\(zhòng)mu為生長速率，N_{t}為時間t時的細(xì)胞密度，N_{0}為初始細(xì)胞密度，t-t_{0}為培養(yǎng)時間。在實驗結(jié)束時，采用分光光度計測定微藻的葉綠素a含量，以評估微藻的光合作用能力。葉綠素a含量的測定采用乙醇提取法，具體步驟為：取一定體積的藻液，在4000r/min的條件下離心10min，棄去上清液，將沉淀用95%的乙醇在黑暗中浸提24h，然后在665nm和649nm波長下測定吸光度，根據(jù)公式計算葉綠素a含量。同時，采用高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（HPLC-MS）測定水體中菲的濃度，以監(jiān)測菲在實驗過程中的變化。3.2結(jié)果與分析在單獨的菲處理組中，隨著菲濃度的升高，蛋白核小球藻的生長受到了明顯的抑制。當(dāng)菲濃度為0.01mg/L時，微藻的生長速率與對照組相比略有下降，但差異不顯著（P>0.05）。這可能是由于微藻自身具有一定的耐受性，能夠在低濃度菲的環(huán)境下維持相對正常的生長。當(dāng)菲濃度升高到0.1mg/L時，微藻的生長速率顯著降低（P<0.05），說明此時菲對微藻的生長產(chǎn)生了較為明顯的抑制作用。這可能是因為菲進(jìn)入微藻細(xì)胞后，干擾了微藻的光合作用、呼吸作用等生理過程，影響了微藻的能量代謝和物質(zhì)合成，從而抑制了微藻的生長。當(dāng)菲濃度進(jìn)一步升高到1mg/L時，微藻的生長速率急劇下降（P<0.01），細(xì)胞密度增長緩慢，表明高濃度的菲對微藻生長的抑制作用非常顯著。此時，菲可能對微藻細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能造成了嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致微藻無法正常生長和繁殖。在微塑料與菲的聯(lián)合處理組中，微塑料的存在對菲抑制微藻生長的作用產(chǎn)生了顯著影響。對于1μm粒徑的微塑料，當(dāng)微塑料與0.01mg/L菲聯(lián)合作用時，微藻的生長速率與單獨0.01mg/L菲處理組相比顯著降低（P<0.05）。這表明1μm粒徑的微塑料增強(qiáng)了低濃度菲對微藻生長的抑制作用。其原因可能是1μm粒徑的微塑料具有較大的比表面積，能夠吸附更多的菲，從而增加了菲在微藻周圍的濃度，提高了菲的生物可利用性，使得微藻更容易受到菲的毒害。當(dāng)微塑料與0.1mg/L菲聯(lián)合作用時，微藻的生長速率進(jìn)一步降低（P<0.01），與單獨0.1mg/L菲處理組相比，抑制作用更為明顯。這可能是因為微塑料不僅增加了菲的生物可利用性，還可能通過物理吸附等作用，影響了微藻對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取和代謝，進(jìn)一步抑制了微藻的生長。當(dāng)微塑料與1mg/L菲聯(lián)合作用時，微藻的生長幾乎完全被抑制，細(xì)胞密度在實驗期間基本沒有增加。這說明在高濃度菲的情況下，1μm粒徑微塑料的存在使得微藻受到的毒性作用達(dá)到了一個非常嚴(yán)重的程度，微藻的生理功能可能受到了極大的破壞，無法進(jìn)行正常的生長和繁殖。對于10μm粒徑的微塑料，與1μm粒徑微塑料的作用效果有所不同。當(dāng)微塑料與0.01mg/L菲聯(lián)合作用時，微藻的生長速率與單獨0.01mg/L菲處理組相比，雖有下降，但差異不顯著（P>0.05）。這可能是由于10μm粒徑的微塑料比表面積相對較小，對菲的吸附能力較弱，對菲的生物可利用性影響不大，因此對微藻生長的抑制作用不明顯。當(dāng)微塑料與0.1mg/L菲聯(lián)合作用時，微藻的生長速率顯著降低（P<0.05），但抑制程度低于1μm粒徑微塑料與0.1mg/L菲聯(lián)合處理組。這表明10μm粒徑的微塑料在一定程度上也能增強(qiáng)菲對微藻生長的抑制作用，但效果不如1μm粒徑微塑料顯著。當(dāng)微塑料與1mg/L菲聯(lián)合作用時，微藻的生長同樣受到了顯著抑制（P<0.01），但細(xì)胞密度仍有一定程度的增加，與1μm粒徑微塑料與1mg/L菲聯(lián)合處理組相比，微藻的生長抑制程度相對較輕。這可能是因為10μm粒徑微塑料對菲的吸附和富集作用相對較弱，對微藻細(xì)胞的物理損傷也相對較小，所以微藻受到的綜合毒性作用相對較弱。在葉綠素a含量方面，單獨菲處理組中，隨著菲濃度的升高，微藻葉綠素a含量逐漸降低。當(dāng)菲濃度為0.01mg/L時，葉綠素a含量與對照組相比略有下降，但差異不顯著（P>0.05）。這說明低濃度的菲對微藻的光合作用影響較小，微藻能夠維持相對正常的光合能力。當(dāng)菲濃度升高到0.1mg/L時，葉綠素a含量顯著降低（P<0.05），表明此時菲對微藻的光合作用產(chǎn)生了明顯的抑制作用。菲可能通過影響微藻葉綠素的合成、破壞光合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能等方式，降低了微藻的光合效率。當(dāng)菲濃度進(jìn)一步升高到1mg/L時，葉綠素a含量急劇下降（P<0.01），說明高濃度的菲對微藻的光合作用造成了嚴(yán)重的損害，微藻的光合能力大幅下降。在微塑料與菲的聯(lián)合處理組中，1μm粒徑微塑料與菲聯(lián)合作用時，微藻葉綠素a含量的降低程度明顯大于單獨菲處理組。當(dāng)微塑料與0.01mg/L菲聯(lián)合作用時，葉綠素a含量顯著低于單獨0.01mg/L菲處理組（P<0.05）。這表明1μm粒徑的微塑料增強(qiáng)了低濃度菲對微藻光合作用的抑制作用?？赡苁俏⑺芰衔椒坪?，改變了菲在微藻細(xì)胞周圍的分布和濃度，使得菲更容易進(jìn)入微藻細(xì)胞，干擾了微藻的光合生理過程，從而降低了葉綠素a含量。當(dāng)微塑料與0.1mg/L菲聯(lián)合作用時，葉綠素a含量進(jìn)一步降低（P<0.01），與單獨0.1mg/L菲處理組相比，抑制作用更為顯著。這說明微塑料和菲的聯(lián)合作用對微藻光合作用的破壞更為嚴(yán)重，可能導(dǎo)致微藻光合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能受到更大程度的損傷。當(dāng)微塑料與1mg/L菲聯(lián)合作用時，葉綠素a含量極低，微藻的光合作用幾乎完全被抑制。這表明在高濃度菲和1μm粒徑微塑料的共同作用下，微藻的光合能力受到了極大的破壞，無法正常進(jìn)行光合作用。10μm粒徑微塑料與菲聯(lián)合作用時，微藻葉綠素a含量的變化趨勢與1μm粒徑微塑料類似，但抑制程度相對較輕。當(dāng)微塑料與0.01mg/L菲聯(lián)合作用時，葉綠素a含量與單獨0.01mg/L菲處理組相比，差異不顯著（P>0.05）。這說明10μm粒徑的微塑料在低濃度菲的情況下，對微藻光合作用的影響較小。當(dāng)微塑料與0.1mg/L菲聯(lián)合作用時，葉綠素a含量顯著降低（P<0.05），但降低程度低于1μm粒徑微塑料與0.1mg/L菲聯(lián)合處理組。這表明10μm粒徑微塑料在一定程度上也能增強(qiáng)菲對微藻光合作用的抑制作用，但效果不如1μm粒徑微塑料明顯。當(dāng)微塑料與1mg/L菲聯(lián)合作用時，葉綠素a含量顯著下降（P<0.01），但仍高于1μm粒徑微塑料與1mg/L菲聯(lián)合處理組。這說明10μm粒徑微塑料與高濃度菲聯(lián)合作用時，微藻的光合作用受到了顯著抑制，但由于其對菲的吸附和富集作用相對較弱，對微藻光合系統(tǒng)的破壞程度相對較輕。在水體中菲濃度的變化方面，單獨菲處理組中，隨著實驗時間的延長，水體中菲的濃度逐漸降低。這可能是由于微藻對菲具有一定的吸附和降解能力，隨著微藻的生長和代謝，菲被逐漸去除。在微塑料與菲的聯(lián)合處理組中，1μm粒徑微塑料存在時，水體中菲的濃度下降速度明顯加快。這表明1μm粒徑的微塑料促進(jìn)了微藻對菲的吸附和降解。可能是微塑料吸附菲后，形成了微塑料-菲復(fù)合物，這種復(fù)合物更容易被微藻攝取，從而加速了菲的去除。10μm粒徑微塑料存在時，水體中菲的濃度下降速度也有所加快，但不如1μm粒徑微塑料明顯。這說明10μm粒徑的微塑料也能在一定程度上促進(jìn)微藻對菲的吸附和降解，但效果相對較弱。3.3討論本實驗結(jié)果表明，微塑料的存在顯著影響了菲抑制微藻生長的過程，這種影響與微塑料的粒徑密切相關(guān)。對于1μm粒徑的微塑料，其增強(qiáng)菲對微藻生長抑制作用的原因主要包括以下幾個方面：一是吸附作用，1μm粒徑的微塑料具有較大的比表面積，能夠吸附更多的菲分子。根據(jù)吸附理論，比表面積越大，吸附位點越多，吸附能力越強(qiáng)。研究表明，微塑料對菲的吸附符合Freundlich吸附等溫線模型，該模型表明吸附量與溶液中菲的濃度呈正相關(guān)，且與微塑料的比表面積密切相關(guān)。1μm粒徑微塑料對菲的高吸附能力，使得微藻周圍菲的局部濃度升高，增加了菲與微藻細(xì)胞接觸的機(jī)會，從而提高了菲的生物可利用性，加劇了菲對微藻的毒性作用。二是物理損傷，1μm粒徑的微塑料更容易與微藻細(xì)胞發(fā)生接觸和相互作用。由于其尺寸較小，能夠更容易地附著在微藻細(xì)胞表面，甚至內(nèi)化進(jìn)入微藻細(xì)胞。有研究發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯微塑料可以附著在蛋白核小球藻細(xì)胞表面，改變細(xì)胞的表面結(jié)構(gòu)和電荷分布，進(jìn)而影響細(xì)胞的物質(zhì)運輸和信號傳遞。微塑料內(nèi)化進(jìn)入微藻細(xì)胞后，會對細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷，如破壞蛋白核、扭曲類囊體等，這些損傷會干擾微藻的正常生理功能，影響其光合作用、呼吸作用等過程，從而降低微藻的生長速率。三是改變微藻生理狀態(tài)，1μm粒徑微塑料與菲的聯(lián)合作用可能會改變微藻的生理狀態(tài)，使其對菲的敏感性增加。微塑料的存在可能會誘導(dǎo)微藻產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)活性氧（ROS）水平升高。研究表明，微塑料可以促使微藻細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生，破壞細(xì)胞內(nèi)的氧化還原平衡。在氧化應(yīng)激條件下，微藻細(xì)胞的抗氧化防御系統(tǒng)會被激活，消耗大量的能量和物質(zhì)。此時，微藻細(xì)胞對菲的耐受性降低，更容易受到菲的毒性影響。菲進(jìn)入微藻細(xì)胞后，可能會與細(xì)胞內(nèi)的生物大分子發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步破壞細(xì)胞的生理功能。10μm粒徑微塑料對菲抑制微藻生長的影響相對較弱，主要原因如下：其一，吸附能力較弱，10μm粒徑的微塑料比表面積相對較小，其對菲的吸附能力遠(yuǎn)低于1μm粒徑微塑料。根據(jù)比表面積與吸附能力的關(guān)系，粒徑增大，比表面積減小，吸附位點減少，吸附能力相應(yīng)降低。這使得10μm粒徑微塑料在溶液中對菲的富集作用不明顯，無法有效增加微藻周圍菲的濃度，從而對菲的生物可利用性影響較小。其二，物理作用較弱，10μm粒徑的微塑料由于尺寸較大，與微藻細(xì)胞發(fā)生接觸和相互作用的概率相對較低。即使與微藻細(xì)胞接觸，其對微藻細(xì)胞的物理損傷程度也相對較輕。它難以像1μm粒徑微塑料那樣容易地附著在微藻細(xì)胞表面或內(nèi)化進(jìn)入微藻細(xì)胞，對微藻細(xì)胞的物質(zhì)運輸和信號傳遞影響較小。其三，微藻的自我調(diào)節(jié)能力，在10μm粒徑微塑料與菲的聯(lián)合作用下，微藻可能通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制來減輕菲的毒性影響。微藻可以通過改變細(xì)胞膜的通透性、調(diào)整代謝途徑等方式，減少菲的攝入或增強(qiáng)對菲的解毒能力。有研究發(fā)現(xiàn)，在受到污染物脅迫時，微藻會合成一些特殊的蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物，來提高自身的耐受性。在10μm粒徑微塑料與菲的聯(lián)合處理下，微藻可能通過這些自我調(diào)節(jié)機(jī)制，在一定程度上維持了正常的生長和生理功能。在葉綠素a含量方面，微塑料與菲的聯(lián)合作用對微藻光合作用的影響與微塑料的粒徑密切相關(guān)。1μm粒徑微塑料增強(qiáng)了菲對微藻光合作用的抑制作用，主要是因為微塑料吸附菲后，改變了菲在微藻細(xì)胞周圍的分布和濃度，使得菲更容易進(jìn)入微藻細(xì)胞，干擾了微藻的光合生理過程。菲進(jìn)入微藻細(xì)胞后，可能會與光合系統(tǒng)中的關(guān)鍵成分發(fā)生相互作用，如與葉綠素結(jié)合，影響葉綠素的結(jié)構(gòu)和功能，從而降低葉綠素a含量。菲還可能干擾光合電子傳遞鏈，抑制光合作用中光反應(yīng)和暗反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致微藻的光合效率下降。10μm粒徑微塑料對微藻光合作用的影響相對較小，這是由于其對菲的吸附和富集作用較弱，對微藻細(xì)胞的物理損傷也較小，微藻能夠在一定程度上維持光合系統(tǒng)的正常功能。在水體中菲濃度的變化方面，1μm粒徑微塑料促進(jìn)了微藻對菲的吸附和降解，這是因為微塑料吸附菲后，形成了微塑料-菲復(fù)合物，這種復(fù)合物更容易被微藻攝取。微藻表面存在一些特殊的吸附位點，能夠識別和結(jié)合微塑料-菲復(fù)合物。研究表明，微藻對微塑料-菲復(fù)合物的攝取速率明顯高于對游離菲的攝取速率。微藻攝取復(fù)合物后，會通過自身的代謝過程對菲進(jìn)行降解，從而加速了水體中菲的去除。10μm粒徑微塑料也能在一定程度上促進(jìn)微藻對菲的吸附和降解，但效果相對較弱，這與它對菲的吸附能力較弱以及與微藻細(xì)胞的相互作用較弱有關(guān)。四、微塑料對納米氧化鋅抑制微藻生長的影響4.1實驗設(shè)計與方法本實驗選取斜生柵藻（Scenedesmusobliquus）作為受試微藻，斜生柵藻是一種常見的淡水微藻，在水生生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動中起著關(guān)鍵作用，對污染物的響應(yīng)較為敏感，常被用于生態(tài)毒理學(xué)研究。實驗所用微塑料為聚乙烯微塑料（PEMPs），其在自然環(huán)境中廣泛存在，具有代表性。微塑料的形狀設(shè)置為球形和纖維狀兩種，以探究不同形狀微塑料對實驗結(jié)果的影響。納米氧化鋅（ZnONPs）選用粒徑為50nm的產(chǎn)品，其具有較高的比表面積和表面活性，在環(huán)境中的行為和生態(tài)毒性備受關(guān)注。實驗設(shè)置了以下處理組：對照組（不添加微塑料和納米氧化鋅）、不同濃度納米氧化鋅處理組（1mg/L、5mg/L、10mg/L）、不同形狀微塑料與不同濃度納米氧化鋅的聯(lián)合處理組（球形PEMPs+1mg/LZnONPs、球形PEMPs+5mg/LZnONPs、球形PEMPs+10mg/LZnONPs、纖維狀PEMPs+1mg/LZnONPs、纖維狀PEMPs+5mg/LZnONPs、纖維狀PEMPs+10mg/LZnONPs）。每個處理組設(shè)置3個平行樣，以保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。實驗在光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行，溫度控制在（22±1）℃，光照強(qiáng)度為2500lx，光暗周期為14h:10h。培養(yǎng)容器為250mL的錐形瓶，每個錐形瓶中加入100mL的SE培養(yǎng)基，接種處于對數(shù)生長期的斜生柵藻，初始細(xì)胞密度調(diào)整為1.5\times10^{5}個/mL。實驗過程中每天定時搖晃錐形瓶，使微藻均勻分布，并補(bǔ)充適量的無菌水，以補(bǔ)償水分蒸發(fā)。在實驗開始后的第1、3、5、7天，使用血球計數(shù)板在顯微鏡下計數(shù)微藻細(xì)胞密度，計算微藻的生長速率。生長速率的計算公式為：\mu=(\lnN_{t}-\lnN_{0})/(t-t_{0})，其中\(zhòng)mu為生長速率，N_{t}為時間t時的細(xì)胞密度，N_{0}為初始細(xì)胞密度，t-t_{0}為培養(yǎng)時間。在實驗結(jié)束時，采用分光光度計測定微藻的葉綠素a含量，以評估微藻的光合作用能力。葉綠素a含量的測定采用丙酮提取法，具體步驟為：取一定體積的藻液，在4500r/min的條件下離心10min，棄去上清液，將沉淀用90%的丙酮在黑暗中浸提24h，然后在663nm和645nm波長下測定吸光度，根據(jù)公式計算葉綠素a含量。同時，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅的含量以及水體中鋅離子的濃度，以監(jiān)測納米氧化鋅在實驗過程中的變化。采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察微塑料和納米氧化鋅與微藻細(xì)胞的相互作用情況，分析微塑料形狀對它們相互作用的影響。4.2結(jié)果與分析在單獨的納米氧化鋅處理組中，隨著納米氧化鋅濃度的升高，斜生柵藻的生長受到了明顯的抑制。當(dāng)納米氧化鋅濃度為1mg/L時，微藻的生長速率與對照組相比略有下降，但差異不顯著（P>0.05）。這可能是因為斜生柵藻自身具有一定的抗逆能力，在低濃度納米氧化鋅的環(huán)境下，能夠通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制來維持相對正常的生長。當(dāng)納米氧化鋅濃度升高到5mg/L時，微藻的生長速率顯著降低（P<0.05）。這表明此時納米氧化鋅對微藻的生長產(chǎn)生了較為明顯的抑制作用。納米氧化鋅可能通過釋放鋅離子，進(jìn)入微藻細(xì)胞內(nèi)，干擾了微藻的離子平衡，影響了微藻細(xì)胞內(nèi)的酶活性和代謝過程，從而抑制了微藻的生長。當(dāng)納米氧化鋅濃度進(jìn)一步升高到10mg/L時，微藻的生長速率急劇下降（P<0.01），細(xì)胞密度增長緩慢，表明高濃度的納米氧化鋅對微藻生長的抑制作用非常顯著。此時，納米氧化鋅可能對微藻細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能造成了嚴(yán)重的破壞，導(dǎo)致微藻無法正常生長和繁殖。在微塑料與納米氧化鋅的聯(lián)合處理組中，微塑料的存在對納米氧化鋅抑制微藻生長的作用產(chǎn)生了顯著影響，且這種影響與微塑料的形狀密切相關(guān)。對于球形微塑料，當(dāng)微塑料與1mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻的生長速率與單獨1mg/L納米氧化鋅處理組相比顯著降低（P<0.05）。這表明球形微塑料增強(qiáng)了低濃度納米氧化鋅對微藻生長的抑制作用。其原因可能是球形微塑料具有較大的比表面積，能夠吸附更多的納米氧化鋅顆粒，從而增加了納米氧化鋅在微藻周圍的濃度，提高了納米氧化鋅的生物可利用性，使得微藻更容易受到納米氧化鋅的毒害。當(dāng)微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻的生長速率進(jìn)一步降低（P<0.01），與單獨5mg/L納米氧化鋅處理組相比，抑制作用更為明顯。這可能是因為球形微塑料不僅增加了納米氧化鋅的生物可利用性，還可能通過物理吸附等作用，影響了微藻對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取和代謝，進(jìn)一步抑制了微藻的生長。當(dāng)微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻的生長幾乎完全被抑制，細(xì)胞密度在實驗期間基本沒有增加。這說明在高濃度納米氧化鋅的情況下，球形微塑料的存在使得微藻受到的毒性作用達(dá)到了一個非常嚴(yán)重的程度，微藻的生理功能可能受到了極大的破壞，無法進(jìn)行正常的生長和繁殖。對于纖維狀微塑料，與球形微塑料的作用效果有所不同。當(dāng)微塑料與1mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻的生長速率與單獨1mg/L納米氧化鋅處理組相比，雖有下降，但差異不顯著（P>0.05）。這可能是由于纖維狀微塑料的比表面積相對較小，對納米氧化鋅的吸附能力較弱，對納米氧化鋅的生物可利用性影響不大，因此對微藻生長的抑制作用不明顯。當(dāng)微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻的生長速率顯著降低（P<0.05），但抑制程度低于球形微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合處理組。這表明纖維狀微塑料在一定程度上也能增強(qiáng)納米氧化鋅對微藻生長的抑制作用，但效果不如球形微塑料顯著。當(dāng)微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻的生長同樣受到了顯著抑制（P<0.01），但細(xì)胞密度仍有一定程度的增加，與球形微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合處理組相比，微藻的生長抑制程度相對較輕。這可能是因為纖維狀微塑料對納米氧化鋅的吸附和富集作用相對較弱，對微藻細(xì)胞的物理損傷也相對較小，所以微藻受到的綜合毒性作用相對較弱。在葉綠素a含量方面，單獨納米氧化鋅處理組中，隨著納米氧化鋅濃度的升高，微藻葉綠素a含量逐漸降低。當(dāng)納米氧化鋅濃度為1mg/L時，葉綠素a含量與對照組相比略有下降，但差異不顯著（P>0.05）。這說明低濃度的納米氧化鋅對微藻的光合作用影響較小，微藻能夠維持相對正常的光合能力。當(dāng)納米氧化鋅濃度升高到5mg/L時，葉綠素a含量顯著降低（P<0.05），表明此時納米氧化鋅對微藻的光合作用產(chǎn)生了明顯的抑制作用。納米氧化鋅可能通過影響微藻葉綠素的合成、破壞光合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能等方式，降低了微藻的光合效率。當(dāng)納米氧化鋅濃度進(jìn)一步升高到10mg/L時，葉綠素a含量急劇下降（P<0.01），說明高濃度的納米氧化鋅對微藻的光合作用造成了嚴(yán)重的損害，微藻的光合能力大幅下降。在微塑料與納米氧化鋅的聯(lián)合處理組中，球形微塑料與納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻葉綠素a含量的降低程度明顯大于單獨納米氧化鋅處理組。當(dāng)微塑料與1mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，葉綠素a含量顯著低于單獨1mg/L納米氧化鋅處理組（P<0.05）。這表明球形微塑料增強(qiáng)了低濃度納米氧化鋅對微藻光合作用的抑制作用?？赡苁俏⑺芰衔郊{米氧化鋅后，改變了納米氧化鋅在微藻細(xì)胞周圍的分布和濃度，使得納米氧化鋅更容易進(jìn)入微藻細(xì)胞，干擾了微藻的光合生理過程，從而降低了葉綠素a含量。當(dāng)微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，葉綠素a含量進(jìn)一步降低（P<0.01），與單獨5mg/L納米氧化鋅處理組相比，抑制作用更為顯著。這說明微塑料和納米氧化鋅的聯(lián)合作用對微藻光合作用的破壞更為嚴(yán)重，可能導(dǎo)致微藻光合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能受到更大程度的損傷。當(dāng)微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，葉綠素a含量極低，微藻的光合作用幾乎完全被抑制。這表明在高濃度納米氧化鋅和球形微塑料的共同作用下，微藻的光合能力受到了極大的破壞，無法正常進(jìn)行光合作用。纖維狀微塑料與納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻葉綠素a含量的變化趨勢與球形微塑料類似，但抑制程度相對較輕。當(dāng)微塑料與1mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，葉綠素a含量與單獨1mg/L納米氧化鋅處理組相比，差異不顯著（P>0.05）。這說明纖維狀微塑料在低濃度納米氧化鋅的情況下，對微藻光合作用的影響較小。當(dāng)微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，葉綠素a含量顯著降低（P<0.05），但降低程度低于球形微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合處理組。這表明纖維狀微塑料在一定程度上也能增強(qiáng)納米氧化鋅對微藻光合作用的抑制作用，但效果不如球形微塑料明顯。當(dāng)微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，葉綠素a含量顯著下降（P<0.01），但仍高于球形微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合處理組。這說明纖維狀微塑料與高濃度納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻的光合作用受到了顯著抑制，但由于其對納米氧化鋅的吸附和富集作用相對較弱，對微藻光合系統(tǒng)的破壞程度相對較輕。在微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量方面，單獨納米氧化鋅處理組中，隨著納米氧化鋅濃度的升高，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅的含量逐漸增加。當(dāng)納米氧化鋅濃度為1mg/L時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量較低。當(dāng)納米氧化鋅濃度升高到5mg/L時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量顯著增加（P<0.05）。當(dāng)納米氧化鋅濃度進(jìn)一步升高到10mg/L時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量急劇增加（P<0.01）。這表明隨著納米氧化鋅濃度的升高，微藻對納米氧化鋅的攝取和積累能力增強(qiáng)。在微塑料與納米氧化鋅的聯(lián)合處理組中，球形微塑料存在時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅的含量明顯高于單獨納米氧化鋅處理組。當(dāng)微塑料與1mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量顯著高于單獨1mg/L納米氧化鋅處理組（P<0.05）。這表明球形微塑料促進(jìn)了微藻對納米氧化鋅的攝取和積累?？赡苁俏⑺芰衔郊{米氧化鋅后，形成了微塑料-納米氧化鋅復(fù)合物，這種復(fù)合物更容易被微藻攝取。當(dāng)微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量進(jìn)一步增加（P<0.01），與單獨5mg/L納米氧化鋅處理組相比，攝取和積累量顯著提高。當(dāng)微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量極高。這表明在高濃度納米氧化鋅和球形微塑料的共同作用下，微藻對納米氧化鋅的攝取和積累達(dá)到了一個很高的水平。纖維狀微塑料存在時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅的含量也有所增加，但增加幅度小于球形微塑料。當(dāng)微塑料與1mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量與單獨1mg/L納米氧化鋅處理組相比，雖有增加，但差異不顯著（P>0.05）。當(dāng)微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量顯著增加（P<0.05），但增加幅度低于球形微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合處理組。當(dāng)微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量顯著增加（P<0.01），但仍低于球形微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合處理組。這說明纖維狀微塑料在一定程度上也能促進(jìn)微藻對納米氧化鋅的攝取和積累，但效果不如球形微塑料明顯。在水體中鋅離子濃度方面，單獨納米氧化鋅處理組中，隨著納米氧化鋅濃度的升高，水體中鋅離子的濃度逐漸增加。當(dāng)納米氧化鋅濃度為1mg/L時，水體中鋅離子濃度較低。當(dāng)納米氧化鋅濃度升高到5mg/L時，水體中鋅離子濃度顯著增加（P<0.05）。當(dāng)納米氧化鋅濃度進(jìn)一步升高到10mg/L時，水體中鋅離子濃度急劇增加（P<0.01）。這表明隨著納米氧化鋅濃度的升高，納米氧化鋅在水體中的溶解和離子釋放能力增強(qiáng)。在微塑料與納米氧化鋅的聯(lián)合處理組中，球形微塑料存在時，水體中鋅離子的濃度明顯低于單獨納米氧化鋅處理組。當(dāng)微塑料與1mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，水體中鋅離子濃度顯著低于單獨1mg/L納米氧化鋅處理組（P<0.05）。這表明球形微塑料抑制了納米氧化鋅在水體中的溶解和離子釋放?？赡苁俏⑺芰衔郊{米氧化鋅后，改變了納米氧化鋅的表面性質(zhì)和溶解行為，從而減少了鋅離子的釋放。當(dāng)微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，水體中鋅離子濃度進(jìn)一步降低（P<0.01），與單獨5mg/L納米氧化鋅處理組相比，鋅離子釋放量顯著減少。當(dāng)微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，水體中鋅離子濃度極低。這表明在高濃度納米氧化鋅和球形微塑料的共同作用下，納米氧化鋅在水體中的溶解和離子釋放受到了極大的抑制。纖維狀微塑料存在時，水體中鋅離子的濃度也有所降低，但降低幅度小于球形微塑料。當(dāng)微塑料與1mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，水體中鋅離子濃度與單獨1mg/L納米氧化鋅處理組相比，雖有降低，但差異不顯著（P>0.05）。當(dāng)微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，水體中鋅離子濃度顯著降低（P<0.05），但降低幅度低于球形微塑料與5mg/L納米氧化鋅聯(lián)合處理組。當(dāng)微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合作用時，水體中鋅離子濃度顯著降低（P<0.01），但仍高于球形微塑料與10mg/L納米氧化鋅聯(lián)合處理組。這說明纖維狀微塑料在一定程度上也能抑制納米氧化鋅在水體中的溶解和離子釋放，但效果不如球形微塑料明顯。通過掃描電子顯微鏡（SEM）觀察發(fā)現(xiàn)，球形微塑料更容易與納米氧化鋅結(jié)合，形成團(tuán)聚體。這些團(tuán)聚體更容易附著在微藻細(xì)胞表面，甚至進(jìn)入微藻細(xì)胞內(nèi)部。而纖維狀微塑料與納米氧化鋅的結(jié)合相對較弱，較少形成團(tuán)聚體，對微藻細(xì)胞的附著和進(jìn)入也相對較少。這進(jìn)一步解釋了球形微塑料和纖維狀微塑料對納米氧化鋅抑制微藻生長影響不同的原因。4.3討論本實驗結(jié)果表明，微塑料的存在顯著影響了納米氧化鋅抑制微藻生長的過程，且這種影響與微塑料的形狀密切相關(guān)。球形微塑料增強(qiáng)納米氧化鋅對微藻生長抑制作用的機(jī)制主要包括以下幾個方面：一是表面電荷作用，球形微塑料通常帶有一定的表面電荷，納米氧化鋅也具有表面電荷。根據(jù)靜電作用原理，當(dāng)兩者表面電荷性質(zhì)相反時，會發(fā)生靜電吸引，從而促進(jìn)它們之間的結(jié)合。研究表明，聚乙烯微塑料表面通常帶有負(fù)電荷，而納米氧化鋅在一定條件下表面帶有正電荷，這種電荷差異使得球形微塑料能夠有效地吸附納米氧化鋅。表面電荷還會影響納米氧化鋅在水體中的分散穩(wěn)定性。球形微塑料的吸附作用可以改變納米氧化鋅的表面電荷分布，使其更容易發(fā)生團(tuán)聚。團(tuán)聚后的納米氧化鋅粒徑增大，沉降速度加快，更容易與微藻細(xì)胞接觸，從而增加了納米氧化鋅對微藻的毒性。二是改變納米氧化鋅團(tuán)聚狀態(tài)，球形微塑料具有較大的比表面積，能夠為納米氧化鋅提供更多的附著位點。當(dāng)納米氧化鋅附著在球形微塑料表面時，會改變其在水體中的分散狀態(tài)，促進(jìn)納米氧化鋅的團(tuán)聚。研究發(fā)現(xiàn)，納米氧化鋅在水體中容易發(fā)生團(tuán)聚，而球形微塑料的存在會加劇這種團(tuán)聚現(xiàn)象。團(tuán)聚后的納米氧化鋅顆粒更容易被微藻細(xì)胞攝取。微藻細(xì)胞表面存在一些特殊的吸附位點，能夠識別和結(jié)合納米氧化鋅團(tuán)聚體。當(dāng)納米氧化鋅團(tuán)聚體與微藻細(xì)胞接觸時，微藻細(xì)胞可以通過吞噬作用將其攝入細(xì)胞內(nèi)。納米氧化鋅進(jìn)入微藻細(xì)胞后，會對細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能造成損傷，如破壞細(xì)胞器、干擾酶活性等，從而抑制微藻的生長。三是增加納米氧化鋅生物可利用性，球形微塑料吸附納米氧化鋅后，形成了微塑料-納米氧化鋅復(fù)合物。這種復(fù)合物的形成改變了納米氧化鋅的存在形態(tài)，使其更容易被微藻攝取和利用。研究表明，微藻對微塑料-納米氧化鋅復(fù)合物的攝取速率明顯高于對游離納米氧化鋅的攝取速率。這可能是因為微塑料表面的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)與微藻細(xì)胞表面具有一定的親和性，使得復(fù)合物更容易被微藻細(xì)胞識別和攝取。一旦納米氧化鋅進(jìn)入微藻細(xì)胞，會干擾微藻的生理代謝過程，影響微藻的光合作用、呼吸作用等，從而抑制微藻的生長。纖維狀微塑料對納米氧化鋅抑制微藻生長的影響相對較弱，主要原因如下：其一，吸附能力較弱，纖維狀微塑料的比表面積相對較小，其表面可供納米氧化鋅附著的位點較少，因此對納米氧化鋅的吸附能力遠(yuǎn)低于球形微塑料。研究表明，纖維狀微塑料與納米氧化鋅之間的結(jié)合力較弱，難以形成穩(wěn)定的復(fù)合物。這使得纖維狀微塑料在溶液中對納米氧化鋅的富集作用不明顯，無法有效增加微藻周圍納米氧化鋅的濃度，從而對納米氧化鋅的生物可利用性影響較小。其二，物理作用較弱，纖維狀微塑料的形狀較為細(xì)長，與微藻細(xì)胞發(fā)生接觸時，其接觸面積相對較小，對微藻細(xì)胞的物理損傷程度也相對較輕。與球形微塑料相比，纖維狀微塑料難以像球形微塑料那樣容易地附著在微藻細(xì)胞表面或進(jìn)入微藻細(xì)胞內(nèi)部。研究發(fā)現(xiàn)，纖維狀微塑料與微藻細(xì)胞的相互作用主要表現(xiàn)為纏繞，而這種纏繞對微藻細(xì)胞的物質(zhì)運輸和信號傳遞影響較小。因此，纖維狀微塑料對微藻細(xì)胞的物理作用較弱，難以增強(qiáng)納米氧化鋅對微藻生長的抑制作用。其三，微藻的自我調(diào)節(jié)能力，在纖維狀微塑料與納米氧化鋅的聯(lián)合作用下，微藻可能通過自身的調(diào)節(jié)機(jī)制來減輕納米氧化鋅的毒性影響。微藻可以通過改變細(xì)胞膜的通透性、調(diào)整代謝途徑等方式，減少納米氧化鋅的攝入或增強(qiáng)對納米氧化鋅的解毒能力。有研究發(fā)現(xiàn)，在受到污染物脅迫時，微藻會合成一些特殊的蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物，來提高自身的耐受性。在纖維狀微塑料與納米氧化鋅的聯(lián)合處理下，微藻可能通過這些自我調(diào)節(jié)機(jī)制，在一定程度上維持了正常的生長和生理功能。在葉綠素a含量方面，球形微塑料增強(qiáng)了納米氧化鋅對微藻光合作用的抑制作用，主要是因為微塑料吸附納米氧化鋅后，改變了納米氧化鋅在微藻細(xì)胞周圍的分布和濃度，使得納米氧化鋅更容易進(jìn)入微藻細(xì)胞，干擾了微藻的光合生理過程。納米氧化鋅進(jìn)入微藻細(xì)胞后，可能會與光合系統(tǒng)中的關(guān)鍵成分發(fā)生相互作用，如與葉綠素結(jié)合，影響葉綠素的結(jié)構(gòu)和功能，從而降低葉綠素a含量。納米氧化鋅還可能干擾光合電子傳遞鏈，抑制光合作用中光反應(yīng)和暗反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致微藻的光合效率下降。纖維狀微塑料對微藻光合作用的影響相對較小，這是由于其對納米氧化鋅的吸附和富集作用較弱，對微藻細(xì)胞的物理損傷也較小，微藻能夠在一定程度上維持光合系統(tǒng)的正常功能。在微藻細(xì)胞內(nèi)納米氧化鋅含量方面，球形微塑料促進(jìn)了微藻對納米氧化鋅的攝取和積累，這是因為微塑料吸附納米氧化鋅后，形成了微塑料-納米氧化鋅復(fù)合物，這種復(fù)合物更容易被微藻攝取。微藻表面存在一些特殊的吸附位點，能夠識別和結(jié)合微塑料-納米氧化鋅復(fù)合物。研究表明，微藻對微塑料-納米氧化鋅復(fù)合物的攝取速率明顯高于對游離納米氧化鋅的攝取速率。纖維狀微塑料也能在一定程度上促進(jìn)微藻對納米氧化鋅的攝取和積累，但效果相對較弱，這與它對納米氧化鋅的吸附能力較弱以及與微藻細(xì)胞的相互作用較弱有關(guān)。在水體中鋅離子濃度方面，球形微塑料抑制了納米氧化鋅在水體中的溶解和離子釋放，這是因為微塑料吸附納米氧化鋅后，改變了納米氧化鋅的表面性質(zhì)和溶解行為，從而減少了鋅離子的釋放。纖維狀微塑料也能在一定程度上抑制納米氧化鋅在水體中的溶解和離子釋放，但效果相對較弱，這與它對納米氧化鋅的吸附能力較弱以及對納米氧化鋅表面性質(zhì)的影響較小有關(guān)。五、微塑料對菲和納米氧化鋅抑制微藻生長的聯(lián)合作用機(jī)制5.1物理作用機(jī)制5.1.1微塑料與菲、納米氧化鋅的吸附作用微塑料具有較大的比表面積和特殊的表面性質(zhì)，使其能夠與菲和納米氧化鋅發(fā)生吸附作用。對于微塑料與菲的吸附，其吸附過程主要受多種因素影響。從分子間作用力角度來看，菲分子與微塑料表面之間存在范德華力。范德華力是一種分子間的弱相互作用力，包括色散力、誘導(dǎo)力和取向力。菲分子中的π電子云與微塑料表面的電子云之間會產(chǎn)生色散力，這種力使得菲分子能夠靠近微塑料表面。當(dāng)菲分子靠近微塑料表面時，由于微塑料表面電荷分布的不均勻性，會誘導(dǎo)菲分子產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極，從而產(chǎn)生誘導(dǎo)力。如果微塑料表面存在極性基團(tuán)，與菲分子之間還可能產(chǎn)生取向力。微塑料表面的化學(xué)組成也對吸附作用有重要影響。若微塑料表面含有羰基、羥基等極性基團(tuán)，這些極性基團(tuán)能夠與菲分子形成氫鍵。氫鍵是一種比范德華力更強(qiáng)的分子間作用力，它能夠顯著增強(qiáng)微塑料對菲的吸附能力。研究表明，表面含有羰基的聚苯乙烯微塑料對菲的吸附量明顯高于普通聚苯乙烯微塑料。微塑料的粒徑大小也會影響其對菲的吸附。粒徑越小，微塑料的比表面積越大，單位質(zhì)量的微塑料表面可供菲分子吸附的位點就越多，從而吸附量也就越大。有研究通過實驗測定了不同粒徑聚苯乙烯微塑料對菲的吸附量，發(fā)現(xiàn)粒徑為1μm的微塑料對菲的吸附量是粒徑為10μm微塑料的2-3倍。微塑料與納米氧化鋅之間的吸附作用同樣復(fù)雜。靜電作用在微塑料與納米氧化鋅的吸附中起著關(guān)鍵作用。當(dāng)微塑料表面帶有負(fù)電荷，而納米氧化鋅表面在一定條件下帶有正電荷時，兩者之間會發(fā)生靜電吸引，從而促進(jìn)吸附作用的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，聚乙烯微塑料表面通常帶有負(fù)電荷，在pH值為7的溶液中，納米氧化鋅表面由于表面電荷的解離，會帶有一定的正電荷，此時兩者之間能夠發(fā)生明顯的靜電吸附。納米氧化鋅的表面性質(zhì)也會影響其與微塑料的吸附。若納米氧化鋅表面經(jīng)過修飾，引入了一些特定的官能團(tuán)，如羧基、氨基等，這些官能團(tuán)能夠與微塑料表面的基團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，從而增強(qiáng)吸附作用。有研究通過對納米氧化鋅表面進(jìn)行羧基化修飾，發(fā)現(xiàn)修飾后的納米氧化鋅與微塑料之間的吸附作用顯著增強(qiáng)。5.1.2對微藻細(xì)胞的物理損傷微塑料與菲、納米氧化鋅的相互作用會對微藻細(xì)胞造成物理損傷。微塑料吸附菲和納米氧化鋅后，其粒徑會增大，形成的復(fù)合物更容易與微藻細(xì)胞發(fā)生碰撞和接觸。當(dāng)這些復(fù)合物與微藻細(xì)胞接觸時，可能會對微藻細(xì)胞表面造成機(jī)械損傷。研究表明，聚苯乙烯微塑料吸附菲和納米氧化鋅后，在掃描電子顯微鏡下可以觀察到微藻細(xì)胞表面出現(xiàn)明顯的劃痕和凹陷。這是因為復(fù)合物的硬度較大，在與微藻細(xì)胞碰撞時，能夠破壞微藻細(xì)胞的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)。微塑料、菲和納米氧化鋅還可能進(jìn)入微藻細(xì)胞內(nèi)部，對細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成損傷。微塑料由于粒徑較小，能夠通過微藻細(xì)胞的胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞。菲和納米氧化鋅也可能隨著微塑料一起進(jìn)入細(xì)胞。進(jìn)入細(xì)胞后，它們可能會干擾細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞器功能。有研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入微藻細(xì)胞的納米氧化鋅會附著在線粒體表面，影響線粒體的呼吸功能，導(dǎo)致細(xì)胞能量代謝異常。微塑料和菲還可能與細(xì)胞核內(nèi)的DNA發(fā)生相互作用，影響DNA的復(fù)制和轉(zhuǎn)錄，從而影響細(xì)胞的正常生長和分裂。5.1.3影響微藻對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取微塑料與菲、納米氧化鋅的聯(lián)合作用會影響微藻對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取。微塑料吸附菲和納米氧化鋅后，會在微藻細(xì)胞周圍形成一層“包裹層”，這層包裹層會阻礙微藻細(xì)胞與周圍環(huán)境中營養(yǎng)物質(zhì)的接觸。研究表明，在含有微塑料、菲和納米氧化鋅的培養(yǎng)液中，微藻細(xì)胞對氮、磷等營養(yǎng)元素的攝取量明顯低于對照組。這是因為包裹層的存在增加了營養(yǎng)物質(zhì)擴(kuò)散到微藻細(xì)胞表面的阻力，使得微藻細(xì)胞難以攝取到足夠的營養(yǎng)物質(zhì)。微塑料、菲和納米氧化鋅對微藻細(xì)胞表面的吸附還會改變微藻細(xì)胞表面的電荷分布和通透性。微藻細(xì)胞通過細(xì)胞膜上的載體蛋白和離子通道攝取營養(yǎng)物質(zhì)，而微塑料、菲和納米氧化鋅的吸附會影響這些載體蛋白和離子通道的功能。有研究發(fā)現(xiàn)，納米氧化鋅吸附在微藻細(xì)胞表面后，會導(dǎo)致細(xì)胞膜上的一些離子通道關(guān)閉，從而影響微藻細(xì)胞對鉀離子、鈣離子等營養(yǎng)離子的攝取。微塑料和菲也可能與載體蛋白結(jié)合，使載體蛋白的構(gòu)象發(fā)生改變，降低其對營養(yǎng)物質(zhì)的運輸能力。5.2化學(xué)作用機(jī)制5.2.1微塑料與菲、納米氧化鋅的化學(xué)反應(yīng)微塑料與菲之間可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而影響菲的化學(xué)性質(zhì)和生物可利用性。有研究表明，在光照條件下，微塑料表面可能會產(chǎn)生一些活性自由基，這些自由基能夠與菲分子發(fā)生氧化反應(yīng)。在紫外線照射下，聚苯乙烯微塑料表面會產(chǎn)生羥基自由基（?OH），羥基自由基具有很強(qiáng)的氧化性，能夠攻擊菲分子中的碳-碳雙鍵，使其發(fā)生氧化開環(huán)反應(yīng)。菲分子的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，其生物可利用性也會隨之變化。這種氧化產(chǎn)物可能更容易被微藻攝取，但也可能