在同时暴露于聚丙烯微塑料的水生生态系统中，文拉法辛的衰减、积累及其生态风险评估

《Environmental Research》：Assessment on Attenuation, Accumulation, and Ecological Risk of Venlafaxine in Aquatic Ecosystems Co-exposed to Polypropylene Microplastics

抗抑郁药venlafaxine在含聚丙烯微塑料的多应力环境中通过生物加速和沉积物吸附实现快速降解，其半衰期由16.96天缩短至10.41天，生态风险较低，揭示了微生物群落和食物链的调控作用。

　　

吕琦|徐金东|阮成|崔罗生|冉娜|王正路

中国四川大学公共卫生学院，成都，610041，中华人民共和国

摘要

在包括聚丙烯微塑料（PP MPs）在内的多种环境压力条件下，文拉法辛（VEN）在水生生态系统中的自然衰减过程尚未得到充分量化。本研究通过一个包含浮萍、食蚊鱼、苦鱼、河螺和水的60天营养结构化微宇宙实验，探讨了生物群落和PP MPs对VEN命运、消散动力学、营养转移和生态风险的影响。实验中，VEN浓度为400 ng/mL，在单独暴露或与PP MPs（500个颗粒/L）共同暴露的情况下进行监测，并同时评估了植物生长、鱼类行为和螺类繁殖等生态指标。在无生物因素的对照组中，水中的VEN浓度在第56天降至29.0%（220.40±4.43 ng/mL）；而在有生物因素存在的条件下，VEN浓度快速下降至8.7%（35.00±4.91 ng/mL），在共同暴露下进一步降至7.1%（28.47±1.09 ng/mL）。沉积物成为主要的VEN吸附库，在空白组、VEN+生态组及PP+VEN+生态组中的VEN含量分别为55.20±4.90 mg/g、42.56±2.36 mg/g和28.83±1.31 mg/g。浮萍表现出持续的VEN生物累积（最高可达5.57倍），而鱼类和螺类的VEN累积则呈现U形曲线；PP MPs使体内VEN残留量减少了1.3–2.1倍。PP MPs主要在沉积物和螺类（直径100–150 μm）中积累。暴露影响了浮萍的生长和光合作用，引发了鱼类的行为变化，并导致螺类的繁殖抑制和氧化应激，但在共同暴露条件下部分恢复。沉积物微生物分析发现和RB41可能是PP MPs和VEN的降解菌。毒代动力学模型显示，VEN+Eco组（12.36天）和PP+VEN+Eco组（10.41天）的VEN半衰期比单独的Eco组（16.96天）更短，表明存在生物介导的衰减过程。物种敏感性分布和危害商分析表明，在这种生物活性系统中生态风险较低。这些结果表明，营养相互作用和微塑料的存在影响了VEN的分布和消散过程，强调了在药物命运和风险评估中纳入生态复杂性的必要性。

引言

全球塑料产量呈指数级增长，到2017年已达到83亿吨，其中75.9%成为废弃物（Geyer等人，2017年）。微塑料（MPs）现已遍布世界各大海洋。全球调查显示，微塑料的浓度范围从0.002到62.50个颗粒/m3不等，平均浓度约为2.76个颗粒/m3，平均粒径为2.50–2.63毫米（Narwal和Kakakhel，2025年）。聚丙烯（PP）是使用最广泛的通用塑料之一，2020年的消费量达到7600万吨（占总消费量的19.3%）（Maddah，2016年）。PP具有高产量、稳定的化学性质，并广泛存在于淡水系统中。尽管其使用寿命仅为2.3年，但其环境半衰期超过400年（Chamas等人，2020年）。通过生物膜活动、光氧化和水动力磨损作用，PP会分解成小于5毫米的微塑料（MPs）（hartmann等人，2019年），使其成为主要的水生污染物。实地调查发现，奇水河中的微塑料含量为664–1557个颗粒/m3（Li等人，2021年），马纳斯河中的微塑料含量为21个颗粒/m3（Wang等人，2020年）。COVID-19疫情期间，大量生产的聚丙烯口罩导致微塑料进入水体（Shahsavani等人，2025年）。与其他聚合物（如聚乙烯）相比，PP具有独特的表面特性，这些特性会影响污染物的吸附、生物膜形成和生态相互作用（Lenaker等人，2019年）。目前关于PP的研究远远落后于聚乙烯的研究，大多数现有研究仅关注短期实验室实验或单一物种系统，因此对PP MPs的长期环境命运、营养转移和生态系统级影响了解不足。本研究旨在通过评估PP MPs与药物在多营养级生态系统中的相互作用来填补这些空白。

除了塑料污染外，药物也成为普遍的水生污染物，经常与微塑料一起存在于地表水和沉积物中，从而增加了联合环境暴露的可能性。文拉法辛（VEN）是一种广泛使用的抗抑郁药，具有环境持久性，在环境相关浓度下具有高生物活性，并对水生神经行为和营养相互作用有显著影响，使其成为评估淡水生态系统中抗抑郁药风险的代表性化合物。COVID-19疫情导致的隔离措施（Caffieri等人，2024年；Li等人，2024年）以及日益加剧的社会和经济压力（Metz等人，2023年）使得抗抑郁药的排放量持续增加（Kumar等人，2023年）。文拉法辛（VEN）是全球使用第三大的抗抑郁药（Lense等人，2024年），在中国检测到的浓度高达26 ng/L，在美国为390 ng/L，在苏格兰为49.2 ng/L（Liu等人，2025年）。VEN和PP微塑料共同存在于受废水影响的水体中，因为药物和微塑料在污水处理过程中未能完全去除（Vasantha Raman等人，2024年）。虽然微塑料已被证明能吸附多种有机污染物（包括药物），但它们作为环境相关传输载体的作用仍存在争议。实验室研究表明微塑料具有吸附潜力，但实地观察表明，与自然介质相比，微塑料对污染物传输的贡献可能有限（Li等人，2018年；Fu等人，2021年；Wang等人，2020年）。这种差异强调了在环境真实的水生系统中评估微塑料-药物相互作用的重要性，在这些系统中，物质分配、生物吸收和自然衰减过程同时发生（Lee等人，2014年）。

许多研究已经描述了MPs对VEN的吸附作用，表明聚合物类型和环境条件强烈影响吸附行为。PVC MPs表现出强烈的吸附亲和力（最高可达70%），并可在中型生态系统加速VEN的降解（Qu等人，2018年）。聚苯乙烯（PS）和聚乳酸（PLA）MPs也具有相当的吸附能力（分别为5.86 mg/g和6.23 mg/g）（Xu等人，2025年）。原始PP和老化PP MPs也能吸附VEN，但在海水中的吸附程度低于淡水（Xu等人，2024年）。除了物理化学相互作用外，MPs与VEN共同暴露时的生物响应高度依赖于具体环境，可能是协同作用也可能是拮抗作用。PVC MPs与500 μg/L VEN共同暴露时增强了鱼类的肝脏积累和毒性（Qu等人，2019年），而PP MPs与100 μg/L VEN共同暴露时降低了Daphnia magna的死亡率（Xu等人，2024年）。这些相反的结果表明，仅凭吸附行为或单一物种实验室实验无法可靠预测VEN和PP MPs的相互作用。大多数现有研究在简化的实验条件下进行，通常关注短期暴露、单一营养级或单独的吸附过程。因此，在生态真实的、多营养级的淡水系统中，VEN与PP MPs共同暴露时的环境命运及其生物调控机制仍不清楚。自然衰减过程（包括细菌降解、光解和生物转化）对药物（Mohapatra等人，2021年）、持久性有机污染物（Li和Meng，2025年）以及MPs（Liu等人，2025年）在水生生态系统中的持久性有重要影响。理解这些过程对于预测污染物持久性和生态风险至关重要。中型生态系统研究提供了一种有价值的中间方法，将自然生态复杂性与受控实验设计相结合（Versteegen和van den Brink，2025年）。人工溪流或半控制系统包含沉积物、微生物、生产者和多个营养级，已被广泛用于研究抗抑郁药或微塑料的生态行为（Chalifour等人，2021年；Chen等人，2021年；Richmond等人，2016年；Schuijt等人，2024年）。在本研究中，我们建立了一个半封闭的、营养结构化的淡水微宇宙，模拟了环境真实的慢性暴露情景。该系统将河床沉积物作为主要污染物库和微生物处理区，Lemna minor（浮萍）作为主要生产者，Planorbis planorbis（河螺）作为底栖消费者，Gambusia affinis（食蚊鱼）作为上层消费者，Rhodeus sinensis（苦鱼）作为更高层次的消费者。这些物种代表了不同的生态位、摄食策略和污染物吸收途径，使得在受控但生态相关的条件下评估污染物再分布和生物介导的衰减成为可能。

利用这一综合模型，我们研究了在60天时间内，VEN在单独暴露或与聚丙烯微塑料（PP MPs）共同暴露下的环境命运、衰减动力学和生物累积情况。通过同时追踪VEN在无生物（水和沉积物）和生物组分中的分布，并评估营养级的行为和生理反应，该系统可以直接测试共同暴露效应和污染物持久性的生物调控机制。

基于这些考虑，我们提出以下假设：(i) PP MPs碎片通过作为污染物载体改变VEN的环境命运和相间分布；(ii) 营养结构化的水生生物系统的存在通过生物介导的过程加速VEN的衰减；(iii) PP MPs的共同污染降低了VEN的生物可利用性和相关生态毒性，从而在共同暴露情况下减轻了生物效应。为了验证这些假设，我们量化了VEN的衰减动力学和在水、沉积物及生物体中的相特异性分布，评估了多个营养级的功能生物指标，并分析了构建的水生生态系统中的沉积物相关细菌群落。

微塑料碎片制备

聚丙烯（PP）片材来自中国东莞的Junxin Plastic有限公司，并经过随机破碎以进行验证。通过文献中报道的建立协议（Thermo Fisher Scientific - Vibrational Spectroscopy，2025年），使用微FTIR光谱（ThermoNICOLET IN10）确认了代表性微塑料碎片的聚合物身份，详细的分析程序和验证标准见支持信息。结果与

不同生态系统基质中VEN和PP MPs的时间变化曲线

VEN在水中的浓度迅速下降，但在沉积物和生物体中的积累则较为缓慢（图1a）。在空白系统中，水中的VEN浓度在第21天降至39.1%，第56天降至29.0%（220.40±4.43 ng/mL）；而生物体的存在显著加速了其消散，浓度降至8.7%（35.00±4.91 ng/mL）；与PP MPs共同暴露后，浓度进一步降至7.1%（28.47±1.09 ng/mL）。沉积物和生物体中的VEN浓度呈现U形曲线，沉积物中的峰值分别出现在第28天、

讨论

目前，已在水生环境中检测到1000多种新兴污染物（EPs）及其代谢物（www.norman-network.net）。它们在水体中的命运尤其令人担忧，因为它们可能带来生态风险，包括降解、沉积物吸附和相依赖的传输（Geissen等人，2015年）。生物降解主要由细菌代谢网络和污染物生物可利用性驱动，是自然衰减的关键途径（Kanan等人，2022年；Patel等人，2020年

局限性

尽管所构建的微宇宙具有生态相关性，但仍存在一些局限性：(1) 本系统包含的消费者物种数量有限；未来研究中加入严格的草食性和高级肉食性鱼类将能够更全面地反映营养复杂性和食物链介导的污染物传输；(2) 虽然表征了与沉积物相关的细菌群落组成，但缺乏综合多组学分析

结论

我们构建了一个包含多个营养级的代表性水生生态系统微宇宙，以评估文拉法辛（VEN）在60天内的自然衰减及其毒代动力学-毒效学反应。VEN（400 ng/mL）和聚丙烯微塑料（PP MPs；500个颗粒/L）的单独和共同暴露引发了光合作用、鱼类行为、底栖生物繁殖和沉积物细菌群落的早期可测量扰动。

作者贡献声明

吕琦：撰写——初稿，研究。王正路：撰写——审稿与编辑，监督，资源获取，概念化。徐金东：形式分析，数据管理。阮成：方法学。崔罗生：方法学。冉娜：方法学

未引用的参考文献

Liu等人，2025；Thermo Fisher Scientific - Vibrational Spectroscopy，2025；Wang等人，2020；Xu等人，2024。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（42577492和U24A20620）和四川省自然科学基金（2024NSFSC0670）的财政支持。