摘要
在自然环境中，部分塑料通过自然力被降解成微塑料(MPs)。微塑料是指直径小于5mm的塑料颗粒，具有直径小、比表面积大、质地轻和易转移等特征。微塑料在环境中广泛存在和传播，特别在土壤生态系统中的大量累积被发现。蚯蚓作为土壤生态系统工程师，在土壤中发挥着重要的作用。它的繁殖率高，适应性强，能够对土壤的健康状况进行反馈，常用于评估污染物对土壤生态系统的风险。 本研究以赤子爱胜蚓(Eiseniafetida)为模式生物，设计不同粒径和浓度的微塑料矩阵，建立毒性评价模型，分析聚苯乙烯微塑料对蚯蚓生长发育及存活率的影响,测定蚯蚓组织的生理生化特征，通过组织病理学剖析蚯蚓肠道组织的损伤程度，进一步利用16SrRNA和非靶向代谢组学技术分析蚯蚓肠道微生物群的多样性和代谢物质的变化规律。运用方差分析、相关性分析和主坐标分析等统计方法，对不同粒径和浓度的聚苯乙烯微塑料暴露下蚯蚓的毒性效应进行分析，在分子水平上揭示大型土壤动物对土壤生态系统中微塑料的毒性响应，为微塑料对环境健康和生态风险提供理论依据。研究结果表明: 1)随着聚苯乙烯微塑料暴露时间的延长，蚯蚓的体重逐渐增加且显著高于对照组，表明微塑料的暴露能够促进蚯蚓体重增长。主要原因可能是MPs引起的激素效应，说明聚苯乙烯微塑料的暴露对蚯蚓的生长发育具有影响。 2)在同一浓度(250mg/kg)不同粒径的聚苯乙烯微塑料暴露下，大尺寸微塑料(250μm)能够显著降低蚯蚓的存活率并且对肠道组织产生严重的机械损伤。可能是由于大粒径微塑料在肠道组织中能够产生更强烈的物理磨损形成炎症伴随着氧化应激从而直接导致蚯蚓的死亡。 3)不同尺寸微塑料暴露下的蚯蚓肠道细菌群落Alpha多样性与对照组之间差异性显著。Shannon和Simpson指数均表现出微塑料处理下的蚯蚓肠道微生物群均显著高于对照组(p＜0.05),且在50nm和200nm的微塑料暴露下的增加更明显。Beta多样性分析表明微塑料的暴露对蚯蚓肠道内的细菌群落结构产生了显著影响，其中变形菌门作为肠道炎症中的优势菌，在250μm-100mg/kg和250μm-200mg/kg处理组中显著高于对照组，表明该处理组下的蚯蚓肠道内存在炎症，这与结果2)中所得到结果一致。 4)微塑料的暴露能够显著影响蚯蚓体内的代谢产物，这些产物主要属于苯和取代衍生物、杂环化合物以及一些氨基酸。尤其是在50nm和200nm尺寸微塑料暴露下,显著降低宿主体内TCA循环上的部分氨基酸含量。 综上所述，微塑料的暴露下，蚯蚓生长发育受到干扰，表现为肠道组织结构损伤、蚯蚓肠道菌群结构改变并引起体内代谢紊乱。本研究为微塑料等新型污染物的生物毒性评估提供了技术方法，对土壤污染防治和生态风险评估具有一定科学价值。
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