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生物基塑料通常被视为与传统基于石油化工的塑料相比，更加“环境友好”，但关于它们的生态毒性，人们还没有全面的认识。目前，生物基纤维广泛应用于服装和湿巾，这些材料的微纤维通过洗衣周期、回收作为肥料使用，或纺织产品的简单磨损进入环境，在土壤中积累。尽管全球生产和销售的生物基产品数量不断增加，但对此类产品对物种和生态系统潜在影响的研究却很少。
近期，英国普利茅斯大学W. Courtene-Jones考察了无添加剂、生物基（粘胶和莱赛尔）与基于石油化工（聚酯）纤维对生态系统中的关键物种——蚯蚓的致死阈值和致死毒性。研究结果表明，生物基纤维在高浓度下具有更大的急性毒性，并且与聚酯纤维相比，生物基纤维对蚯蚓的致死效应大致相似。作者呼吁在提倡特定材料作为传统塑料的替代品/替代品之前应进行详细测试。该工作以题为“Are Biobased Microfibers Less Harmful than Conventional Plastic Microfibers: Evidence from Earthworms”的论文发表在最新一期《Environmental Science & Technology》（中科院一区顶刊，IF10.8）上。剂量-反应关系（如图1）和致死率估计表明，生物基聚合物导致的蚯蚓死亡率高于传统聚酯。对于聚酯，尽管浓度增加至1000 mg·L-1，但仅检测到大约30%的死亡率。相比之下，粘胶和莱赛尔的累积半数致死浓度（LC50）值分别为61.59 mg·L-1和116.11 mg·L-1，其中粘胶的毒性最大。然而，在较低浓度下，莱赛尔和粘胶的LC10和LC20值相似。计算得出的无观察效应浓度（NOECs）对于粘胶和莱赛尔在0–2.8 mg·L-1范围内，而对于聚酯纤维的NOEC在0–15.6 mg·L-1范围内，这表明生物基纤维的毒性更高。由于纤维没有相关的化学添加剂；因此，毒性很可能是由颗粒及其物理特性的某些方面影响，而不是由伴随的化学物质引起的。实验结果表明，暴露于0.01% w/w纤维对成年蚯蚓的存活率没有显著影响。7天后，只有一个个体在其中一个对照组容器中死亡。在7天和28天的时间点上，暴露于粘胶或聚酯后没有记录到死亡。在莱赛尔中暴露28天后，总死亡率为6%。这些结果与先前研究发现土壤暴露于微塑料/纤维后蚯蚓低死亡率的研究一致。在生长方面，7天后每个重复容器中蚯蚓的平均湿重都有所增加，而在28天后则有所减少（图2）。生长在最严重受到影响的顺序是莱赛尔（-18 ± 3%）> 聚酯（-14 ± 1%）> 粘胶（-12 ± 2%）> 对照（-11 ± 3%）；然而，7天后材料特定的生长差异在统计学上并不显著（F(3,12) = 0.702, p = 0.569），28天后也是如此（F(3,12) = 1.857, p = 0.191）。双向方差分析表明，实验持续时间或是这些因素之间的相互作用，是解释蚯蚓质量变化的主要变量（F(1,24) = 104.09, p < 0.001）。然而，蚯蚓的活动可能提供了一个解释。生物扰动活动在暴露材料之间（F(3,383) = 12.365, p < 0.001）和时间点（按周分组；F(3,383) = 34.166, p < 0.001）之间存在显著差异，主要效应归因于时间点。图2. 7天和28天后，各处理组蚯蚓的平均比例生物量（n=4）。繁殖试验被认为是评估毒性的敏感参数，并因其改变繁殖输出对种群的影响而在监管毒理学中广泛使用。在为期28天的研究中，不同材料对幼年蚯蚓的平均质量有显著差异，然而，虫卵茧的数量（F3,12 = 0.549, p = 0.658；图3a）以及从这些茧中出现的幼年蚯蚓的标准化数量（F3,12 = 0.295, p = 0.828；图3a）在处理组之间保持相对恒定。幼年蚯蚓的湿体重质量差异显著（F3,12 = 7.472, p = 0.004；图3b），这归因于粘胶处理组与聚酯处理组相比后代质量较低（p = 0.002）。后代质量的减少可能会影响未来的存活率，延迟发育和性成熟的开始，这些因素共同可能导致种群动态的变化。重要的是要注意，尽管粘胶处理组中每个幼年蚯蚓的质量较低，但与对照组相比在统计学上并无差异。蚯蚓的整体健康状况通过组织学检查和电解质浓度（渗透调节）以及与氧化应激相关的生物化学指标（总谷胱甘肽）的测量进行了评估。组织病理学评估显示，成年蚯蚓的角质层和表皮是完整的（图4）。表皮具有预期的正常形态，没有坏死、反应性增生、水肿或水泡性变化，也没有炎症迹象，粘液细胞完好。这表明塑料纤维对皮肤没有刺激性，角质层和表皮的完整性表明通过皮肤吸收完整的塑料纤维是不太可能的，摄入是主要的暴露途径。环形肌和纵向肌也普遍没有病理变化，没有纤维化、增生或坏死的迹象。然而，环形肌中脂褐素沉积的存在和程度有明显的差异（图4），这种情况在莱赛尔处理组中最严重，其次是聚酯、粘胶和控制组。脂褐素是细胞通过溶酶体途径转变和退化的正常过程的副产品，含有氧化脂质和蛋白质。在这项研究中，周围组织相对健康（图4），因此增加的脂褐素沉积被解释为组织修复的增加。这种组织修复必须是成功的，因为在总谷胱甘肽（GSH）的浓度上，处理组之间或暴露时间（7天和28天）没有统计学差异。这与先前的报道一致，即在蚯蚓体内只有在远高于本研究使用的微塑料暴露情景（>500 mg kg–1土壤）下，GSH和其他与应激相关的生物标志物才会上调。![]()
该研究比较了生物基（粘胶和莱赛尔）和传统（聚酯）微纤维对土壤生态系统中的关键物种——蚯蚓的生态毒性。研究开展了实验并确定每种材料的致死阈值，然后使用与环境相关的浓度进行第二系列实验，检查包括生长和物种繁殖在内的一系列致死效应。该研究不是为了确定毒性机制，而是要检查粘胶、莱赛尔和聚酯纤维对蚯蚓个体及可能的种群水平影响。文章链接:
https://dx.doi.org/10.1021/acs.est.4c05856声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
