《Journal of Hazardous Materials Advances》：Smaller fibrous microplastics exert stronger multi-level effects on the intertidal mud crab (
Macrophthalmus japonicus)
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微塑料（MPs）污染严重威胁水生生态系统，其中纤维状微塑料（f_MPs）在河口与海洋环境中尤为突出。为探究其生态风险，本研究以潮间带泥蟹为模型，系统评估了不同尺寸纤维微塑料（sf_MPs: 200–400 μm；lf_MPs: 3000–4000 μm）的长期暴露效应。结果显示，小尺寸纤维微塑料（sf_MPs）导致更显著的存活率下降、组织积累量更高（鳃 > 肝胰腺 > 胃），并引发鳃组织损伤、外骨骼表面粗糙度降低、抗氧化酶活性改变、先天免疫基因下调以及全基因组DNA甲基化水平升高。这些发现揭示了纤维微塑料对底栖甲壳类动物的尺寸依赖性毒性，为评估微塑料的生态与健康风险提供了关键实验依据。
在蔚蓝的海洋与蜿蜒的河口交汇处，生活着一群不起眼却至关重要的“环境工程师”——潮间带泥蟹。它们通过掘穴、觅食等活动，不断搅动着沉积物，维持着海岸生态系统的活力。然而，近年来，一种源自人类活动的“隐形威胁”正悄然侵入它们的家园：微塑料（Microplastics, MPs）。这些尺寸小于5毫米的塑料颗粒，尤其是纤维状微塑料（fibrous MPs, f_MPs），已成为全球水生环境中数量最多、分布最广的污染物之一。它们主要来自合成纺织品洗涤、渔业活动及塑料垃圾的降解，随着水流汇集于河口与海岸带，最终沉积在泥蟹赖以生存的底泥中。
尽管已有研究关注微塑料对海洋生物的广泛影响，但针对栖息于沉积层的关键底栖物种——如潮间带泥蟹——所受的特定威胁，尤其是不同尺寸纤维微塑料的毒性差异及其内在作用机制，科学界仍知之甚少。这些螃蟹不仅是生态系统的基石，也是评估污染物沿食物链传递、直至影响海产品食用安全的重要指示生物。理解纤维微塑料如何影响它们的生存与健康，对于预警生态风险、保障生物多样性乃至人类健康都至关重要。
为此，韩国全南大学渔业科学研究所的研究团队在《Journal of Hazardous Materials Advances》上发表了一项开创性研究。他们选取了具有重要生态与经济价值的日本大眼蟹（Macrophthalmus japonicus）作为模型生物，系统探究了两种尺寸（小尺寸sf_MPs: 200–400 μm；大尺寸lf_MPs: 3000–4000 μm）的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维微塑料，在环境相关浓度（1, 10, 100 mg L-1）下暴露10天所引发的多层次毒性效应。
为了全面揭示纤维微塑料的毒性机制，研究人员综合运用了多项关键技术。首先，他们通过荧光染色结合共聚焦显微镜观察以及组织消化-过滤计数法，定量分析了微塑料在螃蟹鳃、肝胰腺和胃组织中的动态积累过程。其次，利用扫描电子显微镜（SEM）和荧光显微镜，观察了微塑料在生物体内被摄取后的形态变化。第三，采用组织病理学切片与H&E染色，精细评估了鳃丝结构的损伤程度。第四，使用表面粗糙度测量仪（TalySurf）量化了螃蟹外骨骼表面的物理特性改变。第五，通过酶活性试剂盒测定了鳃组织中关键的抗氧化酶——过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）的活性。第六，运用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）技术，检测了与先天免疫相关的三个基因（脂多糖与β-1,3-葡聚糖结合蛋白LGBP、胰蛋白酶trypsin、丝氨酸蛋白酶抑制剂serpin）的表达水平。最后，采用甲基化DNA定量试剂盒，测定了鳃组织全基因组DNA甲基化（5-mC%）水平，以评估表观遗传层面的影响。所有实验均设置了严格的对照组，并使用统计学方法对数据进行显著性分析。
研究结果
3.1 存活率与组织内纤维微塑料的生物积累
暴露于纤维微塑料10天后，螃蟹的存活率下降，且小尺寸纤维微塑料（sf_MPs）导致的存活率降低比大尺寸纤维微塑料（lf_MPs）更为显著。在组织积累方面，鳃部积累的纤维微塑料数量最多，高于肝胰腺和胃部。总体而言，sf_MPs的生物积累水平高于lf_MPs。sf_MPs在所有组织中的积累量在第7天达到峰值，且呈剂量依赖性；而lf_MPs在鳃和胃中的积累量则在第4天最高。
3.2 螃蟹组织内纤维微塑料的形态变化
螃蟹摄取纤维微塑料后，其形态在组织内发生了显著改变。暴露10天后，原本柔软、长度在200–400 μm的sf_MPs变得更长（>744 μm），并聚集成柔软的纤维簇。相反，最初呈棒状、长度超过3000 μm的lf_MPs则变得更短（<472 μm）。
3.3 纤维微塑料诱导的螃蟹鳃丝组织学紊乱
组织病理学分析表明，纤维微塑料暴露会导致鳃丝肿胀。暴露于sf_MPs第1天，所有浓度下鳃丝宽度均显著增加；到第7天，宽度则呈剂量依赖性显著减小。暴露于lf_MPs也观察到了类似的鳃丝宽度变化。此外，纤维微塑料暴露还增大了鳃丝间的距离（inter-filament distance），同时减小了鳃丝内的距离（intra-filament distance），这种结构损伤可能影响呼吸和离子调节功能。
3.4 日本大眼蟹外骨骼的表面粗糙度
暴露于纤维微塑料10天后，螃蟹外骨骼表面的平均粗糙度（Ra）相较于对照组显著降低。这表明纤维微塑料，尤其是硬质的大尺寸纤维，可能对外骨骼表面造成了磨损，削弱了其作为物理屏障和渗透调节界面的功能。
3.5 响应纤维微塑料暴露的抗氧化酶活性
抗氧化酶活性测定显示，暴露于sf_MPs显著提高了螃蟹鳃组织中CAT和SOD的活性。然而，暴露于lf_MPs则导致这两种酶的活性降低。这表明不同尺寸的纤维微塑料引发了差异性的氧化应激反应。
3.6 全基因组DNA甲基化
暴露10天后，所有浓度的纤维微塑料均显著提高了螃蟹鳃组织的全基因组DNA甲基化（5-mC%）水平，其中sf_MPs处理组在较高浓度下提升更为明显。这表明长期纤维微塑料暴露可能引发了表观遗传层面的改变。
3.7 纤维微塑料暴露下先天免疫相关基因的表达
纤维微塑料暴露普遍下调了螃蟹鳃组织中三个先天免疫相关基因的表达：LGBP、trypsin和serpin。这种下调在sf_MPs暴露的所有浓度和时段几乎持续存在，而在lf_MPs暴露下也表现出类似趋势，表明纤维微塑料可能损害了螃蟹的先天免疫防御系统。
结论与重要意义
本研究系统阐明了纤维微塑料对潮间带泥蟹的多层次毒性效应，并首次揭示了其明显的尺寸依赖性。综合所有结果，可以得出核心结论：小而柔软的纤维微塑料（sf_MPs）比大而坚硬的纤维微塑料（lf_MPs）对泥蟹具有更强的毒性。具体表现为sf_MPs导致更低的存活率、更高的组织积累量、更显著的氧化应激（抗氧化酶活性升高）以及更持久的先天免疫基因抑制。
这项研究的意义是多方面的：
- 1.
生态风险预警：明确了纤维微塑料，特别是小尺寸纤维，对关键底栖物种的严重威胁，强调了在评估微塑料污染风险时，必须考虑其形状与尺寸特性。
- 2.
作用机制揭示：从生物积累、组织损伤、氧化应激、免疫抑制到表观遗传改变，全面勾勒了纤维微塑料的毒性通路，为理解其生态毒理学机制提供了完整证据链。
- 3.
新型生物标志物提出：研究首次报道了纤维微塑料暴露会导致螃蟹外骨骼表面粗糙度降低，这有望发展成为一种快速、非侵入性的环境污染生物监测指标。
- 4.
食物链与健康关联：泥蟹作为人类消费的海产品之一，其体内微塑料积累及引发的生理紊乱，直接警示了微塑料通过食物链影响海产品安全与人类健康的潜在风险。
总之，这项研究不仅深化了我们对微塑料，尤其是纤维状微塑料生态毒理效应的科学认知，也为制定更具针对性的海岸带污染物管理策略和保护底栖生物多样性提供了关键的科学依据。它提醒我们，那些肉眼难以察觉的微小纤维，正以超出预期的强度，扰动着我们脆弱而宝贵的海洋生态系统。
