新污染物因危害大、不易治理等特点引起国家高度重视，其中，抗生素和微塑料为国内外广泛关注的新污染物。中国科学院烟台海岸带研究所陈令新团队针对抗生素、微塑料等新污染物，在其环境行为与生态环境危害机理研究方面取得新进展，为新污染物治理打下基础，相关成果发表于Environmental Science & Technology、Journal of Hazardous Materials和TrAC Trends in Analytical Chemistry等期刊。

    针对抗生素等医药与个人护理用品（PPCPs），阐明了其在烟台湾海水中垂直和季节性分布特征，发现PPCPs季节性分布规律与其季节性使用特点有关，夏季水温分层导致夏季表层海水中PPCPs的浓度显著高于底层。风险评估显示双酚A呈现高风险，需要被重点关注（图1）。进一步，厘清了PPCPs渤海水-沉积物-生物体中的多介质分布特征、时空演变、生物富集及营养级传递规律，发现海水中PPCPs呈现近岸高、中部和远海浓度较低的趋势，而沉积物分布受黄河输入影响较大。与辛醇水分配系数（log Kow）相比，考虑了给定pH条件下化合物在离子和中性形态之间分布特征的辛醇水分布系数（log Dow）可更好地评估PPCPs在海洋环境中的生物富集（log BAFs）和营养级放大（TMFs）行为（图2）。

 

图1 PPCPs在烟台湾海水中的时空分布、来源和优先级分析

 

图2 PPCPs生物富集log BAFs和营养级放大因子TMFs与物理化学性质之间的相关性。

（A）log BAFs-log Kow；（B）log BAFs-log Dow；（C）TMFs-log Kow；（D）TMFs-log Dow

    针对微塑料（MPs）对生物的毒性效应及作用机制，研究团队利用机械破碎制备微塑料颗粒，探究了微塑料对斑马鱼、土壤动物的毒性及机制。研究发现，聚氯乙烯和邻苯二甲酸二(2-乙基)己酯单一胁迫可诱导斑马鱼幼鱼的心脏发育毒性，复合暴露可激活抗氧化防御（Nrf2-Keap1）信号通路以减轻其对斑马鱼幼鱼的氧化应激毒性。轮胎微塑料在土壤中的老化过程会通过影响轮胎微塑料生物膜的形成和淋溶特征的改变从而影响其生态毒性，加剧对土壤动物生殖率的抑制效应和对土壤动物肠道微生物的扰动。并且证实由于土壤动物不摄食粒径大于150 μm的轮胎颗粒，轮胎淋溶液的毒性要强于颗粒毒性。通过比较不同品牌的新旧轮胎颗粒及其淋溶液对土壤动物肠道微生物的影响，证实淋溶液物质组成的差异性是导致土壤动物肠道微生物特异性响应的主要因素，进一步冗余分析揭示出淋溶液中的锌、苯乙酮、4-甲基苯胺、苯并噻唑、N-环己基甲酰胺等是主要毒性添加剂（图3）。基于微塑料方面的研究基础，研究团队应TrAC Trends in Analytical Chemistry期刊邀请，撰写海洋微（纳）塑料（MNPs）的测定及其环境毒性评价综述，并阐述了海洋MNPs的化学、生物降解机制。

 

图3轮胎微塑料对土壤动物的毒性机制分析

    研究成果得到了中国科学院青年创新促进会、国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的资助。

 

论文信息：

Xiaotong Guo, Min Lv, Lehui Song, Jing Ding, Mingsan Man, Longwen Fu, Zhihua Song, Baoquan Li, Lingxin Chen. Occurrence, Distribution, and Trophic Transfer of Pharmaceuticals and Personal Care Products in the Bohai Sea. Environmental Science & Technology, https://doi.org/10.1021/acs.est.3c06522.

Xiaotong Guo, Min Lv, Lehui Song, Jing Ding, Mingsan Man, Longwen Fu, Shuang Lu, Lijun Hou, Lingxin Chen. Profiling of the spatiotemporal distribution, risks, and prioritization of pharmaceuticals and personal care products in coastal waters of the northern Yellow Sea, China. Journal of Hazardous Materials, 2023, 459, 132163. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132163.

Hongdan Wang, Yunqing Wang, Qiaoning Wang, Min Lv, Xizhen Zhao, Yunxia Ji, Xiaoyue Han, Xiaoyan Wang, Lingxin Chen. The combined toxic effects of polyvinyl chloride microplastics and di(2-ethylhexyl) phthalate on the juvenile zebrafish (Danio rerio). Journal of Hazardous Materials, 2022, 440, 129711. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.129711.

Jing Ding, Min Lv, Qiaoning Wang, Dong Zhu, Qing-Lin Chen, Xiao-Qiang Li, Chang-Ping Yu, Xiangrong Xu, Lingxin Chen, Yong-Guan Zhu. Brand-specific toxicity of tire tread particles helps identify the determinants of toxicity. Environmental Science & Technology, 2023, 57(30), 11267-11278. https://doi.org/10.1021/acs.est.3c02885.

Jing Ding, Zhaoqin Liang, Min Lv, Xiuyu Li, Shuang Lu, Suyu Ren, Xiaoyong Yang, Xiaoqiang Li, Chen Tu, Dong Zhu, Lingxin Chen. Aging in soil increases the disturbance of microplastics to the gut microbiota of soil fauna. Journal of Hazardous Materials, 2024, 461, 132611. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.132611.