《Marine Pollution Bulletin》:Source, distribution and environmental risk of bisphenol analogues in the marine environment: Current status and future perspectives
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双酚类化合物(BPs)在海洋生态系统中的分布、生物富集及生态风险研究。通过文献计量与系统评价,揭示BPs(包括BPA及其替代品)广泛存在于海水、沉积物及生物体中,主要源于工业排放、污水及大气沉降。高营养级生物如海豚和鱼类因脂溶性特性呈现显著生物富集,毒性机制涉及雌激素受体通路,替代品毒性可能不亚于BPA。需加强长期低剂量毒性研究及风险模型构建。
作者:杨思涵、徐卓、王楠、刘志伟、罗定宇、吴玉平、孙贤
单位:中国南方海洋科学与工程研究院(珠海)海洋生物资源与环境重点实验室、广东省海洋资源与海岸工程重点实验室、珠江口海洋生态系统研究站、教育部海洋气候研究中心、中山大学
摘要
双酚类化合物(BPs)是一类广泛使用的干扰内分泌系统的物质,其中双酚A(BPA)及其替代品在全球海洋环境中日益被检测到。由于其持久性、生物累积潜力及生态风险,有必要综合现有知识以指导未来的研究和管理工作。本综述全面总结了双酚类化合物在海洋生态系统中的来源、分布、生物累积情况及环境风险,通过文献计量分析和系统评价现有文献来填补关键知识空白。研究表明,包括双酚A(BPA)及其替代品(如BPF和BPS)在内的双酚类化合物普遍存在于海水、沉积物和生物体内,主要来源于工业排放、废水和大气沉降。多项研究证实了它们的生物累积效应和食物链放大作用,尤其是在高营养级的海洋哺乳动物和鱼类中尤为明显,这与它们的亲脂性和饮食暴露密切相关。毒理机制涉及通过经典和非经典雌激素受体途径的干扰,导致发育障碍、内分泌功能受损及细胞过程紊乱;新兴替代品往往表现出相似或更强的毒性。这些发现凸显了严重的生态威胁,强调了进行综合风险评估和未来研究方向的必要性,包括高灵敏度监测、长期低剂量毒性研究、代谢途径解析以及改进的风险模型,以减轻对海洋生物多样性和人类健康的影响。
引言
双酚类化合物(BPs)是公认的干扰内分泌系统的物质,主要用于生产聚碳酸酯和环氧树脂等聚合物材料。它们的应用范围广泛,涉及塑料、纸币和热敏纸等日常产品(Careghini等人,2015年)。双酚A(BPA)是最常见的双酚类化合物,是全球使用最广泛的工业化学品之一,年生产能力约为750万吨(Wazir和Mokbel,2019年)。BPA暴露会干扰内分泌激素功能,导致生物体生殖功能障碍(Catenza等人,2021年),长期暴露还可能对心血管、神经和免疫系统产生不良影响(Han和Hong,2016年;Sahoo等人,2021年)。因此,包括中国、美国和欧盟在内的多个国家和地区已禁止或限制在婴儿奶瓶等塑料产品中使用BPA(Chen等人,2016年)。作为BPA的替代品,人们开发了双酚F(BPF)、双酚AF(BPAF)、双酚S(BPS)、双酚P(BPP)、双酚B(BPB)、双酚C(BPC)和双酚Z(BPZ)等物质(Catenza等人,2021年)。然而,新证据表明,这些替代品可能具有与BPA相当甚至更强的干扰内分泌作用(Cao等人,2017年;Harnett等人,2021年)。随着BPA的逐步禁用,其替代品在环境中的浓度逐渐超过BPA,成为重要的环境和健康风险因素(Chen等人,2016年;Huang等人,2022年;Yamazaki等人,2015年)。
BPs的广泛使用使其通过工业废水、炼油厂、石化厂等排放途径进入自然系统(Huang等人,2012年;Safakhah等人,2020年)。由于亲脂性,BPs通过水生途径和饮食暴露在海洋生物体内累积,可能通过食物链传播并带来生态风险。在全球海洋环境中检测到BPs的现象表明海洋是这些物质的主要汇。传统的文献综述往往无法全面反映研究现状,可能导致评估不完整和趋势预测的主观性。相比之下,文献计量可视化分析能够清晰展示文献结构和分布,为学术进展和热点领域提供直观见解(Yan,2024年)。
本研究采用CiteSpace对筛选出的文献进行多变量动态可视化分析(Chen等人,2015年),探讨了:1)海洋双酚类化合物研究的整体进展,包括时空发表模式及机构和国家的贡献;2)通过核心关键词共现、聚类、突发检测和时区分析揭示的研究热点,以及知识群体分布;3)海洋双酚类化合物研究的发展趋势。基于文献计量结果,本综述总结了BPs在海洋环境中的来源和分布特征,分析了时空异质性,讨论了生物累积、毒性效应和机制,指出了当前的研究空白,并提出了未来研究方向,以服务于生态风险评估和管理策略的制定。
部分内容摘要
选择标准
文献检索来自Web of Science Core Collection、Scopus和PubMed数据库。检索时间为2026年1月10日。在Web of Science Core Collection中,检索了以下索引:Science Citation Index Expanded(SCIE)、Social Sciences Citation Index(SSCI)、Arts & Humanities Citation Index(AHCI)、Emerging Sources Citation Index(ESCI)、Conference Proceedings Citation Index–Science(CPCI-S)和Conference Proceedings Citation Index–Social Science
文献的时间分布特征
发表趋势反映了研究领域的学术发展。如图1所示,关于海洋双酚类化合物(BPs)的研究可追溯至1997年。在这一早期阶段,年发表量较少,研究团队规模也相对较小,表明处于探索性和证据积累阶段。进入21世纪后,尤其是2005年以后,年发表量稳步增加,表明对该主题的关注持续增长。
海洋生物暴露与生态毒理学
Cluster #0重点关注高营养级海洋生物(如海龟、海豚、贻贝)中BPs的累积及其相关组织损伤的研究。
环境介质分布与多介质暴露途径
Cluster #1强调了BPs在各种环境介质中的全球分布及其跨介质迁移对暴露的影响。BPA在海洋表层水体中占主导地位(图8)。珠江口的研究显示BPA、BPF和BPS的检出率为100%,其中BPA的浓度峰值(173 ng L?1)超过了东海的水平(52–49 ng L?1)(Xie等人,2022年;Zhao等人,2021年),表明当地污染较为严重。地中海(突尼斯)水域中的BPA浓度为13,800–5,340 ng L?1(Ozhan和Kocaman,2019年)。
污染源分析与替代品的环境行为
Cluster #2反映了人们对污染源和替代品风险的日益关注。海洋是主要的污染物汇,BPs通过多种途径进入海洋(图9)。工业排放是主要来源,医院废水和垃圾填埋场渗滤液也是重要来源。工业废水中的BPA浓度可超过10,000 ng L?1(Balabani?等人,2017年)。垃圾填埋场渗滤液中的BPs总浓度达到32,130 ng L?1,是医院渗滤液的30倍(Huang等人,
环境暴露与健康风险评估模型
Cluster #3强调了将环境因素与生态/人类健康风险联系起来的研究工作。多介质暴露评估涵盖了河流径流、海水、沉积物和海产品。模型评估了BPs的迁移、累积和潜在影响。海洋生物主要通过水、沉积物和食物链摄入BPs;BAFs(BPA的替代品)量化了生态风险。珠江口的BAFs研究表明其具有广泛的累积潜力(Wu等人,2023年;Zhao等人,2019年),支持了综合评估的必要性。
结论
BPs在全球海洋环境中广泛分布并累积。高营养级生物体内的高浓度证实了其生物累积和食物链放大效应,特别是在印度-太平洋地区的座头鲸、海豚和某些鱼类中的暴露表明这些顶级物种面临显著生态风险。沉积物作为长期储存库,对底栖生物的暴露至关重要。介质间的耦合和迁移决定了暴露模式,主要受工业排放的影响。
CRediT作者贡献声明
杨思涵:撰写初稿、验证、资料整理。
徐卓:撰写初稿、验证、资料整理。
王楠:正式分析。
刘志伟:撰写、审稿与编辑、数据管理。
罗定宇:正式分析。
吴玉平:项目管理、资金筹集。
孙贤:撰写、审稿与编辑、验证、项目管理。
利益冲突声明
作者声明没有利益冲突。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划(2022YFF1301602)、南方海洋科学与工程研究院(珠海)创新团队项目(311024004)、广东省基础与应用基础研究基金(2024A1515030151)、南方海洋科学与工程研究院(珠海)(311020003和311021004)以及广东省科技计划(2024B1212040007)的支持。