世界上对于微塑料对鱼类的影响的研究并不少见,但研究者多关注在微塑料对野生鱼类影响的生态评价,水产养殖鱼类与人类健康关系密切,研究却相对较少。
海洋垃圾主要来源于陆地(80%),但海洋水产养殖等也会向海洋中输入垃圾,尤其是塑料碎片垃圾。水产养殖是一个快速发展的行业,2016年全球商品鱼产量为8000万吨,而在水产养殖设施中,鱼类很容易受到从环境中摄入的微塑料的影响,因此对于诸如金头鲷(Sparus aurata)等具有商业价值品种的微塑料摄入量的评估,就显得越来越重要。为了研究鱼类对微塑料的摄入,分别用富含不同加工微塑料的饲料喂养金头鲷3个月(富集阶段),然后再用未添加微塑料的饲料喂养1个月(排毒阶段)。本文的结果表明,金头鲷的微塑料摄取量随着摄取时间的增加而增加,并且在不同处理之间存在差异,风化处理组喂养三个月后微塑料摄取量达到最大值。然而,排毒阶段后,并未在鱼的胃肠道中发现微塑料,说明微塑料没有长期滞留在金头鲷的消化系统中。根据这项研究的结果,我们发现在所有处理中,摄入富含微塑料的饲料不会影响鱼的大小和富尔顿状态指数(Fulton’s condition index),因为这两个参数都随着时间的增加而增加。所有处理的碳氮同位素特征均随鱼的大小而降低,这可能与金头鲷前几个月高蛋白同化的鱼肌肉中氮沉积效率的增加有关。
本文实验鱼的预处理、选样都按照普遍的流程,本文的亮点在于设置了三种类型的饲料:对照组(100%饲料+0%微塑料)、未加工组(90%饲料+10%未加工微塑料)和风化组(90%饲料+10%风化处理微塑料)。每个处理45尾,每个鱼缸15尾,分别用三种不同的饲料喂养三个月(富集阶段),然后用不含微塑料的饲料喂养一个月(排毒阶段),共历时4个月,每隔一个月取一次样,共5次,分别记为T0、T30、T60、T90、T120。取样时测量鱼的总长、总鲜重、肝重,随后根据测量参数计算富尔顿状态指数(K)、胃饱满指数(FI)和肝体指数(Hepatosomatic Index,HSI)。去除样品中的有机物质,然后在显微镜下观察,记录微塑料数量,并计算微塑料摄取指数。利用稳定同位素分析(SIA),测定氮同位素含量和碳同位素含量,并计算C:N值。最后,利用Kruskal-Wallistest、Shapiro-Wilk test、Levene’s test、PERMANOVA等方法对结果进行统计分析。
图2在实验条件下根据采样时间(诸如T0、T30 T60、T90 T120)和不同处理(对照组-C(蓝色),未处理组-V()和风化组-W(灰色))用克鲁斯卡尔-沃利斯检验(Kruskal-Wallis test)(P = 0.01)评估的生物值差异:鱼大小总长度(A、B),富尔顿状态指数(K)(C, D),胃充塞指数(FI)(G, H)和肝重指数(Hepatosomatic Index,HSI)(E, F)。箱形图表示数据集的最小值、最大值、中值、第一四分位数和第三四分位数,点表示异常值。
图3金头鲷样品的微塑料(MP)摄食指数根据:采样时间(诸如T0、T30 T60 T90 T120和处理(对照-C (蓝色),未加工-M,()和风化-W(灰色))(A),以及微塑料摄入指数与鱼大小(B)、富尔顿状态指数(
0.001。箱形图表示数据集的最小值、最大值、中位数、第一四分位数和第三四分位数,点表示异常值。
C)根据:采样周期(T0、T30、T60、T90和T120)和不同处理(对照组-C,(蓝色),未加工组-V,()和风化组-W,(灰色))间的关系(A),碳同位素和鱼的大小(总长度)(B)之间的
0.001。箱形图表示数据集的最小值、最大值、中值、第一个四分位数和第三个四分位数,点表示异常值。
氮同位素值和碳同位素值,在处理与取样时间的交互作用下存在显著差异,在处理与取样时间的单独作用差异下也存在显著差异(
图6 金头鲷软组织样品的C:N比根据:采样周期(T0、T30、T60、T90和T120)和不同处理(对照组-C,(蓝色),未加工组-V,()和风化组-W,(灰色))间的关系(A),CN比和鱼的大小(总长度)(B)之间的
0.001。箱形图表示数据集的最小值、最大值、中值、第一个四分位数和第三个四分位数,点表示异常值。
小时内会快速完全排出体外。由于较短的排泄周期,微塑料及其相关污染物无法在肠道内停留足够长的时间,使污染物转移到肠道壁和内部组织和器官。然而直接、持续、长时间地接触微塑料会导致时间的累积效应,在喂养富含微塑料鱼食的金头鲷体内抗氧化酶活性和谷胱甘肽硫转移酶逐渐增加,还原型谷胱甘肽水平也提高。此外,在喂养微塑料
月)水温较低,影响了鱼的状态指数。这些结果证实,鱼类没有将能量用于净化微塑料,而是对水箱水温的改变做出反应。
。鱼对接触微塑料的生理反应的差异可能与研究物种的进食行为有关,也与微塑料接触途径有关,直接接触水中微塑料的鱼比通过饮食受到的影响更大。物种接触的微塑料浓度也会决定摄入微塑料对物种的影响。在目前的实验中,鱼暴露在的微塑料的浓度是
天后,没有急性伤害。在这个研究中值得注意的是,鱼类在整个研究期间都在摄取供应的饲料,模拟了鱼类在海洋中直接接触塑料颗粒的自然条件,表明在三个月的实验时间间隔,没有因为微塑料的摄食导致鱼类死亡。然而,在微塑料的相应环境浓度也不总是造成不利影响:微塑料被摄入,通过肠道运输、排出,没有造成不利影响。此外,在我们研究的实验阶段只有一条鱼死亡,而且取样过程没有观察到外伤。先前的实验研究也表明,在接触
)的孵化、生长和生长发育第一阶段的存活率没有受到影响。由于幼鱼更容易受到影响,是生存率下降,所以这些在鱼类幼体(比如金头鲷)的发现很重要。
关于金头鲷的机体回应在肝体比重的量化,这些结果显示出一个下降的模式。从这个意义上讲,鱼肝体指数在暴露在微塑料期间随时间呈下降趋势,在排毒期后,各指标下降,未恢复到初始水平。一项最近的研究在金头鲷的肝脏中检测出颗粒,因此考虑到该组织中已经观察到糖原消耗、质滴空泡和单细胞坏死,可以认为该器官的功能受到
摄入的影响。此外,这会导致鱼肝脏的细胞损伤或氧化应激,这些现象已经在金头鲷的实验研究以及摄取微塑料的野生鱼类研究中观察到。
稳定同位素特征可以提供物种食物来源的信息和营养评估,可以认为富含塑料的饲料可能会对消费者组织的同位素特征产生影响。对石油和从植物中提取的聚合物中的碳和氮稳定同位素进行了分析,表明
可能是识别海洋环境中塑料聚合物的一种合适工具,但这项研究中鱼肌肉中的同位素特征并不能反映微塑料摄食值。在实验的富集阶段(
),没有观察到碳同位素值在三种处理间的显著差异,这说明由于在富集阶段被研究物种摄入的微塑料没有改变脂肪含量,导致肌肉组织中的特征没有表现出差异。根据这些结果,可以认为其他组织可能是微塑料摄入的短期饮食指标,如具有较高代谢活性的肝脏。根据氮同位素特征,风化组中鱼的值比未加工组和对照组明显更低,这可能与食物来源的损耗有关,因为众所周知,消费者同位素特征强烈地依赖于食物质量。此外,在所有处理中,碳和氮同位素特征都随鱼的大小而减少,尽管这种减少仅在未加工处理中显著,但考虑到氮和碳同位素值随鱼的大小而增加,这也相当令人惊讶。然而,这一降低可能与金头鲷前几个月高蛋白同化的鱼肌肉中氮沉积效率的增加有关。对于
比率随着鱼的大小和富尔顿状态指数显著降低,这表明摄入的饮食质量的变化可能与在港口风化时,吸附在颗粒表面的生物体污染有关,比如凤尾鱼,桡足类,珊瑚和海胆等之前记录的某些物种。
之间,很难从胃肠道转移到其他内部组织。然而,考虑到微塑料可以吸附海洋环境中的污染物,在风化处理中使用的微塑料暴露于港口区域的人为污染物中,预计风化处理组生物个体的靶器官(如肝脏)中吸附的污染物将产生生化效应。最近在相同的实验条件下进行的一项研究确实证明了暴露于风化处理微塑料的金头鲷肝脏中生物标志物(
一项关于微塑料摄入后蛋白质的调整的研究表示,主要受影响的通路与能量代谢、免疫应激和细胞骨架动态有关,但在我们的研究中没有观察到微塑料的接触和摄入对鱼的大小和同位素特征产生的影响。然而,为了对微塑料对鱼类生理的影响有一个完整的范围,许多作者认为实验研究在实验室条件下也应该考虑不同类型的聚合物和形状的颗粒(包括纤维),以模拟在海上发现的类似条件以及评估不同的靶器官。
世界上对于微塑料对鱼类的影响的研究并不少见,但研究者多关注在微塑料对野生鱼类影响的生态评价,水产养殖鱼类与人类健康关系密切,研究却相对较少。本文抓住这一研究缺口,首次在
摄取量的增加并没有引起鱼类的生物学效应,因为鱼类的大小、富尔顿状况指数和肌肉组织中的稳定同位素组成都不能反映微塑料的摄取量。经过一个月不添加微塑料的饮食后,没有发现微塑料在金头鲷胃容物中长期滞留。未来调查摄入微塑料对具有重要商业和生态价值的物种的研究,应该尝试针对不同的器官,在月时间尺度上展开,塑料聚合物种类、形状和浓度要更广泛,最大程度模拟复杂的海洋环境