李富云，贾芳丽，涂海峰，孙翠竹，李锋民

中国海洋大学 近海环境污染控制研究所，海洋环境与生态教育部重点实验室，青岛 266100

微塑料一般是指直径小于5 mm的微小型塑料颗粒或碎片[1]，海洋中的微塑料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯等类型。微塑料属于高分子化合物，具有强烈疏水特性和抗生物降解能力，密度多变，可以在海洋环境中长期稳定存在，对海洋生物产生慢性毒性效应。

人们对微塑料的认识起源于20世纪70年代，由Carpenter 和Smith (1972)[2]及Colton和Knapp (1974)[3]率先开展， 2001年Moore等[4]报道了北太平洋中心环流海域海水中微塑料的密度为9.7×105个·km-2，引起全球关注。海洋“微塑料”一词正式引入科学界则始于2004年Thompson等[5]在美国Science杂志上发表的论文。此后，国际上关于微塑料的研究不断开展。我国微塑料研究始于2013年[6]，之后部分学者开始注意到海洋微塑料的危害，近2年来逐渐成为人们关注的焦点。

微塑料因形状、颜色、类型多变，粒径较小，对海洋中不同营养级生物均会产生毒性作用，并可沿食物链传递，威胁人类健康，但是目前相关研究大多侧重某一方面，系统的报道较少。因此本文针对微塑料对海洋病毒、细菌、浮游植物、浮游动物、游泳动物、底栖动物和海鸟的毒性效应以及其在海洋食物链中的传递、微塑料与化学物质的联合毒性进行全面、系统的介绍。

1 海洋微塑料的来源及分布 (Type and distribution of marine microplastics)

1.1 海洋微塑料的来源

海洋中微塑料的来源主要分为2类，即原生微塑料和次生微塑料。原生微塑料是指人工制造的直径在5 mm以下的微型塑料颗粒，主要用于工业生产以及洗面奶、化妆品和医疗用品等的生产[7]；次生微塑料是指由大型塑料在海洋涡流、湍流等运动下破碎而来，或者经过海水长时间的浸泡、紫外照射以及风力等因素的作用下破坏了塑料结构，造成表面脆化，进而裂解而来[8]。

1.2 海洋微塑料的分布

微塑料的漂浮能力和移动能力较强，特别是在海洋独特的水动力过程和洋流的作用下，其在海域中的分布范围非常广，几乎存在于全球所有海洋环境中，有些甚至出现在两极附近海域[9]。奥地利[10]、英国[11]、巴西[12]、加拿大[13]、韩国[6]及中国[14]等多个国家的海域和海岸带都已经检测到了微塑料的存在，其中热带辐合区海域微塑料污染严重，北太平洋中心环流区海水中微塑料质量远高于浮游生物质量。不同海域微塑料的含量、颜色、形状、类型、粒径大小等均具有明显区别[15-16]。

由于多变的形状和比重，微塑料广泛分布于海水表面、深海、海底沉积物中[17]。多数塑料密度低于海水，容易在海表漂浮，而一些密度较高的微塑料则会向下部转移，到达深海或者海底；海表漂浮的一些低密度微塑料也可能在风[18]、潜流或者生物的作用下会向深海或者海底转移。Lattin等[20-21]研究了圣莫尼卡湾海域和加州海域，发现海底微塑料含量多于海水中部和海水表层[19]，进入海底的微塑料很难重返上层水体中，进而成为微塑料的最终储藏库。

2 微塑料对海洋生物的影响 (Effect of microplastics on marine life)

2.1 微塑料对海洋中细菌、病毒的影响

微塑料具有疏水和硬质特性以及较强的漂浮能力，比海洋中一般的自然漂浮物稳定时间更长，其表面有利于微生物建群和生物膜的形成，因而成为海洋中病毒、细菌及微生物幼体等的新型生态栖息地[22]。例如，在海水中密度很低的弧菌属细菌，其在微塑料表面的密度却很高，是微塑料表面所有微生物中的优势种[23]。病毒、细菌聚集后的微塑料相比于普通微塑料，具有更强的生物毒性，进入生物体后，容易引起生物体感染[1]。

2.2 微塑料对海洋浮游植物的影响

浮游植物作为海洋中的初级生产者，为海洋生物提供食物来源和氧气保障。但是，海洋中微塑料的广泛存在对其生长产生不利影响，导致浮游植物群落的变化，从而破坏海洋生态系统的稳定。海面上漂浮的微塑料对太阳光的遮挡与反射作用会阻碍浮游植物对太阳光的吸收，影响其光合作用能力[24]；微塑料的分解碎化是海洋中纳米塑料颗粒的主要来源之一，纳米塑料对小球藻和栅藻的暴露可以降低藻细胞中叶绿素a的含量，增加藻细胞内活性氧的产生[25]。角毛藻、盐沼红胞藻等可以在生长条件受限制时分泌多糖等黏性物质而形成藻团，并与周围存在的微塑料聚合[26-28]，这种行为不仅可以改变藻团密度，影响其在海水中的分布[29]，而且可以促进低密度微塑料向海底转移[30]。另外，单细胞藻类在微塑料表面的附着行为可以大幅度提高其水平迁移能力，到达新海域后容易形成优势种，甚至导致外来物种入侵现象发生[31]。藻团作为海洋生物的主要食物，微塑料通过与其聚合可以增加被海洋生物摄食的机会[32]。

2.3 微塑料对海洋浮游动物的影响

微塑料与浮游动物的相互作用方式主要有2种，包括被浮游动物摄入体内和在浮游动物的附肢、摄食器、触角、尾叉等体外器官进行粘附。浮游动物对微塑料的摄入量与物种种类、生活史阶段及微塑料的粒径、浓度、表面污染情况有关[33, 37]。摄入的微塑料除少量随排泄物排出体外，大部分在浮游动物的消化系统中积累，阻塞消化道，降低食欲，影响进食，造成其营养不良、生长缓慢、体重减轻甚至死亡[34]。还有一小部分微塑料可以转移到组织中，造成潜在危害，例如，一些悬浮滤食性的双壳类可以通过栉鳃捕捉悬浮在水流中的塑料颗粒，再由前端的纤毛经过背部粘液链或者腹部的粘液—水系统转移到口腔，进一步到肠道中，最终通过肠道上皮细胞进入到消化盲囊中[35]。微塑料产生的生物效应与粒径、暴露时间具有显著相关性[34]。而等足类动物对微塑料没有区分能力，对不同形状、浓度的微塑料的摄食情况没有明显区别。但由于其具有复杂的胃部结构，微塑料只在其胃、肠道中出现并未进入其中肠腺内；等足类动物可以将摄入体内的微塑料随排泄物全部排出体外，因此对其死亡率、生长状况及蜕皮时间不会产生明显影响[36]。海胆幼虫对微塑料的摄入量取决于微塑料的浓度和微塑料表面的生物附着情况，浓度较高且表面未被生物污染的微塑料容易被海胆幼虫摄入；而排泄量则与时间相关，经过420 min的排泄，微塑料几乎被全部排出体外5 d的微塑料暴露并未对海胆幼虫的存活率产生显著影响，但与对照组相比体重减轻，且减轻量与暴露浓度呈正相关[37]。轮虫对微塑料的排泄能力以及微塑料暴露对轮虫产生的毒性效应(生长速率和繁殖能力降低、寿命缩短、繁殖时间延长、抗氧化酶和丝裂原活化蛋白激酶被激活)均与粒径具有显著相关性，粒径为6 μm的微塑料24 h之内可以全部排出轮虫体外，所造成的影响也明显低于粒径为0.5 μm和0.05 μm的微塑料[38]。

2.4 微塑料对海洋游泳动物的影响

研究显示，大型塑料会造成游泳动物缠绕、窒息，甚至因误食引起食管刺穿、划伤消化道等危害[24]；目前为止，受废弃塑料伤害的海洋生物有260多种，其中游泳动物占绝大多数，主要包括鱼类、海龟、海狮、海豹和鲸等[39-40]。类似浮游动物，微塑料会造成海洋游泳动物摄食器官和消化道阻塞[23]，进入循环系统和组织，还会影响酶活性、干扰代谢等[41]。

游泳动物中，在部分鱼类(如灯笼鱼科、巨口鱼科、秋刀鱼科)胃和肠道中发现微塑料。微塑料的摄入与鱼的种类、体型以及微塑料的种类、形状、颜色相关。不同种类的鱼摄入的微塑料不同，当鱼的体型在一定范围内变化时，微塑料的摄入量会随着鱼体型的增大而增加；与鱼类的天然食物越相近的微塑料被鱼类捕食的几率就越大。研究表明，粒径为0.5～5 mm的微塑料和颜色为黑色的微塑料容易被鱼类摄入[42-43]。微塑料在鱼类体内的分布也与粒径相关。研究显示，用微塑料对斑马鱼暴露7 d后，发现粒径为20 μm的微塑料只在斑马鱼的鳃和肠道中出现，而直径为5 μm的微塑料则还可以进入到斑马鱼的肝脏中，导致肝脏发生氧化应激、炎症反应、脂质积累，还会干扰脂质和能量的代谢[44]。微塑料存在会影响幼鱼正常的摄食行为，降低河鲈受精卵的孵化率、幼鱼的成活率以及逃避天敌捕食的能力，严重影响鱼类幼体的生长发育，增加幼鱼的死亡率[45]。Denuncio[46]等在调查海豚的塑料碎片摄入情况时发现，28%的海豚胃中含有塑料碎片，且摄入量与海豚的年龄和体型相关，体长大于130 cm的成年海豚明显比体长110～130 cm之间的幼年海豚摄入量少。Maria等[47]对海龟的研究显示，在海龟卵的孵化过程中，其性别会受海底沉积物温度的影响，微塑料在海底的聚集会阻碍沉积物与海水界面的热量交换，使沉积物变暖的速率减慢并使沉积物的最大温度降低，因此会间接对海龟的性别产生影响。世界上第二大海洋哺乳动物须鲸，在喝水和滤食时会摄入大量微塑料，在体内长期积累，产生慢性毒性作用[48]。

2.5 微塑料对海洋底栖动物的影响

微塑料的垂直转移，使其大量存在于海底沉积物中，对海洋底栖生物产生巨大的威胁。贻贝作为全球海洋底栖生物的重要组成物种，是大量食肉动物及人类的食物来源。贻贝可以通过鳃收集微塑料并经口腔转移到消化道中积累，最终通过内吞作用内化到消化系统细胞中，其积累部位、体内存留量以及生物效应与微塑料的粒径、浓度以及暴露时间呈显著相关性。例如，用粒径范围为大于0～80 μm的聚苯乙烯微粒对蓝贻贝进行暴露，3 h后微粒在消化管中出现，6 h后消化腺中粒细胞增多，导致溶酶体系统稳定性降低。且与对照组相比实验组出现了较明显的病理学变化，包括出现了强烈的炎症反应、溶酶体膜稳定性降低等现象[49]；粒径为2 μm、4 μm、16 μm的聚苯乙烯颗粒可以进入到贻贝的肠腔和消化管中。粒径为3 μm和9.6 μm的聚苯乙烯微粒可以通过循环系统进入到贻贝的血细胞和血淋巴细胞中，在循环系统中的存留时间超过48 d，最大值出现在12 d，然而，这些贻贝在实验期间并未出现血淋巴氧化状态降低、血细胞活力和吞噬活性下降，或者影响贻贝的摄食行为等现象[50]；微塑料可以增加牡蛎的死亡数，减缓生长，影响牡蛎对能量的吸收和分配，干扰生殖系统，影响产卵量和后代幼体的发育[51]；在我国，沿海紫贻贝[52]、扇贝等双壳类[53]也同样受到了微塑料污染的威胁。此外，微塑料暴露会降低沙蚕的摄食量、摄食活性和体重[54]，沙蚕对微塑料具有良好的排泄能力，但当其胃肠道中积累过多微塑料无法排泄时，体内的微塑料会影响沙蚕的抗病菌能力，对其生存产生威胁[55]。海参在摄食过程中会摄入沉积物中的微塑料，微塑料的大小决定了它是否会被海参摄入以及摄入量的多少[56]。微塑料可以在蟹类的鳃部积聚，结果降低了鳃对水中溶解氧的吸收速率，降低血淋巴细胞中钠离子浓度并同时增加钙离子浓度，且效应强度与暴露浓度呈正相关，但对螃蟹的行为和死亡数不会产生影响[57]。

2.6 微塑料对海鸟的影响

海鸟的大部分食物都是从海里获得，因此海洋中存在的微塑料会对海鸟产生严重的影响。到2007年，已知的海鸟中，能够摄入塑料垃圾的海鸟至少占总数的44%[58]。

海鸟对塑料的摄食与塑料大小、形状及颜色等密切相关，因此一些研究者通过海鸟对塑料的摄食情况来监测海洋塑料数量和组成的变化[59]。海鸟对微塑料的摄入情况随海鸟种类、体型、生长阶段、生存区域的改变而改变。不同种类的海鸟对微塑料的摄食情况不同[60]；大型海鸟摄入的塑料粒径较小型海鸟大[61]；幼鸟摄入的塑料颗粒多于成年海鸟；低纬度地区受塑料碎片影响的海鸟多于高纬度地区[62]。海鸟对塑料碎片的摄入情况还与海鸟觅食水层的深度有关，Jennifer等[63]发现，在海洋表层水中觅食的海鸟塑料碎片的摄入量明显高于在海水其他层次中觅食的潜水海雀。这些摄入的大型塑料会引起海鸟消化系统或者内脏划伤、甚至发炎，微塑料则会在砂囊或胃中积累，影响食物的正常消化，从而对海鸟造成不同程度的伤害，威胁其生存。

图1 海洋微塑料的空间分布Fig. 1 The spatial distribution of marine microplastic

3 微塑料的生物传递性 (Biological transportation effects of marine microplastics)

微塑料具有生物传递性，对人类健康构成潜在威胁，因此成为研究者关注的焦点。而此方面研究甚少，目前仅发现，贻贝与螃蟹[64]、桡足类与糠虾[65]、及鱼类与海鳌虾[66]等动物之间存在微塑料的传递效应。具体表现为，用直径为0.5 μm的荧光聚苯乙烯微粒对贻贝(可食贻贝)进行暴露，之后将带有微塑料的贻贝软组织喂给红色雌性螃蟹(青蟹)，微塑料在螃蟹的血淋巴中出现，24 h时数量达到最高，最大值为贻贝暴露的微塑料数量的0.04%，但可在21 d时几乎全部清除；此外，微塑料还在螃蟹的鳃、胃、肝胰腺及卵巢中出现[64]；以摄入直径为10 μm的荧光聚苯乙烯微粒的桡足类(真宽水蚤)为食喂养糠虾(新糠虾)，培养3 h后，聚苯乙烯微粒在糠虾肠道中出现，且荧光聚苯乙烯微粒的传递率与糠虾种类有关[65]；用体内含有小段聚丙烯纤维的鱼肉喂食挪威龙虾(海螯虾)，经过12 h后，所有海螯胃中均有塑料微粒的出现，停止喂食后，其数量在实验期间持续减少[66]。医学研究还显示，小于150 μm的聚苯乙烯和聚氯乙烯颗粒可以从人类的肠道转移到淋巴和循环系统中[67]。

4 海洋微塑料与有机污染物的联合作用 (The combined effects of marine microplastics and organic pollutants)

微塑料除了可以对海洋生物产生物理损伤之外，还可以通过其他方式对海洋生物产生化学毒性效应[68]。在塑料的生产和加工过程中常常会有双酚A等有毒单体的残留，同时，为使微塑料具有更好的性能，会人为向其中加入塑化剂等有毒物质[69-70]。另外，微塑料本身的疏水特性和巨大的比表面积使其可以大量富集海水中的微量有机物，其中壬基酚在塑料中的浓度比其在海底沉积物中的浓度高出2个数量级[71]，吸附在微塑料上的菲的浓度是周围海水中菲的浓度的61倍[72]。这些微塑料进入生物体后，其中一些化学物质在消化道中表面活性剂的作用下迅速释放，储存在脂质含量高的组织中或者通过食物网放大，对生物体产生毒性作用[73]。例如，日本青鳉摄入带有内分泌干扰物质的聚苯乙烯微粒，会严重干扰其内分泌系统，其中雄鱼卵壳蛋白原基因表达明显下调，雌鱼的卵黄蛋白原、卵壳蛋白原和雌激素受体基因的表达也都明显下调，对雌鱼的繁殖能力产生影响，甚至还使一些雄鱼出现了生殖细胞增生的现象[74]。

然而，微塑料与有机污染物的联合作用机制尚不明确，甚至存在相互矛盾的研究结果。例如，与天然沉积物相比微塑料更容易携带菲进入海蚯蚓，增加菲在其组织中的浓度，向含有菲的沉积物中加入被菲污染了的微塑料可以明显提高海蚯蚓组织中菲的浓度，使毒性作用增强[72]；微塑料吸收的壬基酚入沙蚕肠道后可以快速释放出来并在其肠道中积累，浓度约为沉积物中初始浓度的3～30倍[75]；当对鰕虎鱼用微塑料和芘共同暴露时，微塑料的存在可以显著降低乙酰胆碱酯酶和异柠檬酸脱氢酶的活性，增加鱼类死亡率。但与此同时，微塑料的加入又会推迟鰕虎鱼的死亡时间，降低芘的毒性作用[41]。

5 展望 (Outlook)

目前，微塑料还没有统一的分类标准，使得各研究之间数量差距较大。根据微塑料的生物效应将其进行分类是目前分类研究的一个主要趋势，因此需要增加微塑料的生物效应研究，清楚掌握不同粒径范围的微塑料对生物体的毒性效应，积累足够的数据作为支撑。分离、鉴定是微塑料定量的前提和基础，然而目前并没有成熟、可靠的技术，因此建立一种能够准确区分微塑料与其他组分的方法(染色、荧光标记等)是研究微塑料丰度和分布的关键。微塑料在食物链中的传递与放大效应与海洋生物生存息息相关，但是，海洋微塑料生物毒性效应研究大多都停留在生物个体水平上，而对其在食物链中的传递和放大效应研究甚少。所以，清楚掌握微塑料海洋生物毒性作用机理和影响因素，并重点开展微塑料在食物链中传递效应的研究工作，以期控制其传递途径，避免对人体健康造成危害。

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