《Journal of Environmental Chemical Engineering》：The role of microplastics in bioavailability and toxicity of triclosan in the soil-earthworm system: Inhibitor or facilitator
编辑推荐：
微塑料通过吸附和改变污染物环境行为影响三氯生甲基化及生物累积，抑制蚯蚓总三氯生累积达33%，不同蚯蚓物种敏感性差异显著，复合暴露加剧氧化应激和肠道菌群紊乱。
Xian Chen|Jingcheng Liang|Linlin Shi|Shipeng Luo|Rong Ji|Jiehong Cheng|Ying Wu|Yuchen Wang
江苏理工大学资源与环境工程学院，中国常州中吴大道1801号，213001
摘要
由于微塑料（MPs）的载体效应，它们可以调节共存污染物的环境行为和影响。然而，这些相互作用背后的机制，尤其是在陆地环境中，仍然不甚明了。在这项研究中，使用Metaphire guillelmi和Eisenia fetida建立了蚯蚓-土壤系统，以评估聚乙烯（PE）和聚苯乙烯（PS）微塑料对三氯生（TCS）的生物可利用性、生物累积/生物转化和毒性的影响。微塑料的添加促进了土壤中TCS的甲基化，但使用薄膜被动采样器测得的甲基三氯生（MTCS）的生物可利用性降低。微塑料抑制了E. fetida中总TCS（TCS + MTCS）的累积，降低了高达33%；而对于M. guillelmi，生物累积仅略有影响，但TCS的转化效率显著降低，MTCS与TCS的浓度比从15降至0.92。蚯蚓摄入未受污染的微塑料后，组织中总TCS的去除率比对照组提高了高达48%，显示出清洁效果。结果表明，微塑料作为TCS生物累积的抑制剂，其载体效应可以忽略不计。同时暴露于TCS/MTCS和PE时，比单独暴露于任一污染物时引发了更严重的氧化应激和肠道微生物群组成的破坏。在蚯蚓种类方面，M. guillelmi的敏感性高于E. fetida，尽管其累积潜力较低。这项工作揭示了微塑料在TCS生物可利用性和毒性中的作用，有助于更好地理解土壤中微塑料污染的生态风险。
引言
微塑料（MPs，颗粒尺寸<5毫米）是一种令人担忧的新兴污染物，因为它们分布广泛、在环境中持久存在，并具有潜在的生态毒性。由于塑料废物主要产生于陆地，土壤成为微塑料的主要和长期储存库[1]，[2]。微塑料可以通过陆地食物链进一步转移，最终对人类构成暴露风险[3]。与微塑料相关的生态毒性危害不仅来自聚合物本身，还来自微塑料携带的化学物质，包括有毒添加剂和吸附的污染物[4]，[5]。因此，微塑料对土壤生态系统中共存污染物的环境行为及其带来的生态风险已成为研究的重点[6]。
目前，关于微塑料与环境污染物相互作用的研究主要集中在水生系统上，对陆地环境的关注较少[5]，[7]，[8]。微塑料既可以作为“载体”，将污染物转移到生物体内从而增加生物累积，也可以作为“清洁剂”，从生物体内吸附污染物并随后排出，从而减少生物累积[8]，[9]。关于微塑料载体作用的研究结果主要来自微塑料是唯一污染源的实验[8]，[10]，[11]。例如，Chua等人[12]发现海洋端足类动物可以摄入并吸收微塑料携带的多溴联苯醚，表明存在潜在的饮食暴露途径。同样，Li等人[11]报告称，喂食含有预吸附多氯联苯（PCBs）的微塑料的小鼠表现出高水平的组织累积，证实了微塑料的来源作用。该研究还发现，低密度聚乙烯（LDPE）的载体效应比聚苯乙烯（PS）更强，这可能是由于LDPE对PCBs的解吸潜力更高。这些发现突显了微塑料将化学物质转移到生物体内的能力，增加了生物累积和毒性[5]。采用非平衡设置的研究往往观察到微塑料的载体效应[8]。Wang等人[13]发现，在不同情况下，即含有受污染微塑料的土壤和含有清洁微塑料的土壤中，微塑料对生物累积的影响取决于微塑料与土壤之间的扩散梯度。因此，本研究设置了一个与环境相关的暴露情景，其中污染物在暴露前在两种介质之间达到分配平衡。此外，已有报道指出微塑料在各种生物体中具有清洁作用，如蚯蚓[13]、夜虫[9]、端足类动物[14]和小鼠[11]。大多数研究通过测量暴露实验中的污染物生物累积来评估这些动态，通常强调载体作用而忽略了清洁作用[8]。只有少数研究通过设计实验和建模提出微塑料可以作为双向运输者，既是载体也是清洁剂[9]，[11]，[14]。迄今为止，关于微塑料在土壤生物体内的这些效应的信息仍然有限。污染物在微塑料和生物体之间的净转移方向由逸度梯度决定，这最终决定了生物累积的程度[8]。
此外，微塑料还可以影响环境中污染物的生物可利用性，从而间接影响生物累积。微塑料的存在通常会降低疏水性有机污染物（HOCs）的生物可利用性，因为它们具有很强的亲和力，对生物累积产生负面影响[5]。例如，PE和PS微塑料的存在抑制了Eisenia fetida对HOCs的吸收，主要是通过微塑料对土壤孔隙水中自由溶解部分的吸附[13]，[15]，[16]。另一项研究还将Metaphire guillelmi中C14-菲伦的累积减少归因于PS添加土壤中自由（生物可利用）化学物质浓度的降低[17]。与通过摄入微塑料去除生物体内累积污染物的清洁作用不同，化学物质生物可利用性的降低是通过减少皮肤暴露来降低生物累积的[9]。由于蚯蚓通常通过两种途径接触污染物：摄入和皮肤吸收，因此应评估这两种效应。
由于土壤基质的复杂性，与水生系统相比，微塑料在陆地环境中介导的污染物传输和转化过程了解较少。在这项研究中，选择了PE和PS作为模型微塑料，因为它们也是土壤中最常见的微塑料类型[18]。三氯生（TCS）作为一种抗菌剂，是添加了生物固体的土壤中的关键污染物[19]。其主要代谢物甲基三氯生（MTCS）具有更高的疏水性和稳定性[20]，[21]，也进行了研究。选择了两种具有不同生态生理特性的蚯蚓物种M. guillelmi和E. fetida作为测试生物。考虑到微塑料与TCS之间的强吸附亲和力，假设微塑料可能显著影响TCS的环境行为和生物效应。因此，本研究的目标是：（1）评估微塑料对土壤中TCS生物可利用性的影响；（2）通过蚯蚓吸收和净化实验研究微塑料的“载体”和“清洁”作用；（3）评估TCS/MTCS和微塑料共同暴露的毒理学结果，包括氧化应激和肠道微生物群的变化。
化学物质
三氯生（纯度97%）购自Macklin Biochemical Co., Ltd.（中国上海）。甲基三氯生（纯度>99%）是通过使用碘甲烷作为甲基化剂对TCS进行甲基化合成的。含有1%三甲基氯硅烷的N, O-双（三甲硅基）三氟乙酰胺（BSTFA + 1% TMCS）购自Sigma-Aldrich（美国圣路易斯）。所有使用的有机溶剂均为HPLC级，其他试剂均为分析级。
微塑料、土壤和蚯蚓
使用了两种类型的微塑料（PE和PS）
土壤中的TCS残留物和生物可利用性
当有机污染物进入土壤时，各种过程如降解、转化和形成结合残留物会影响它们的消散[31]。如图S2所示，在平衡的第一周内，TCS浓度下降了10.5–25.4%。经过14天的培养后，TCS水平总共下降了33.3–38.2%，同时其甲基化代谢物MTCS的生成持续进行，转化率高达5.5%（以摩尔比计算）
结论
总之，本研究建立了一个土壤-蚯蚓系统，以阐明TCS与PE和PS微塑料相关的环境行为和毒理学效应。添加微塑料，特别是PS，促进了TCS的持久性和生物转化，导致其甲基化代谢物MTCS的水平升高。虽然TCS的生物可利用性未受影响，但随着微塑料浓度的增加，MTCS的生物可利用性显著降低，这可能是由于其更高的疏水性。微塑料的存在改变了
CRediT作者贡献声明
Jingcheng Liang：验证、调查、数据管理。Xian Chen：撰写——初稿、监督、方法学、调查、资金获取。Jiehong Cheng：资源、方法学。Rong Ji：撰写——审阅与编辑、资源、方法学。Shipeng Luo：验证、调查。Linlin Shi：撰写——审阅与编辑、方法学、资金获取。Yuchen Wang：正式分析。Ying Wu：调查、正式分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（编号41907116）、江苏省自然科学基金（编号BK20191040）和江苏省农业科技自主创新基金（编号CX(22)3005）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有可能会不恰当地影响本工作的竞争性财务利益或个人关系。
