《Aquatic Toxicology》：Breaking New Ground: Gadolinium and Microplastics co-exposure and biochemical alterations in marine clam
Donax trunculus
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在水生環境中，微塑料（MPs）與釓（Gd）污染問題日益凸顯。為探究二者聯合毒性，研究人員以海洋蛤蜊（Donax trunculus）為對象開展研究。結果表明，MPs 會影響 Gd 濃度，混合暴露毒性更強。該研究為評估污染物危害提供依據。
在當今時代，海洋正面臨著前所未有的污染挑戰。每年，大量的塑料垃圾涌入海洋，其中微塑料（MPs，1μm - 5mm 大小的塑料顆粒）因其微小尺寸，能被眾多海洋生物誤食，對海洋生態系統構成嚴重威脅。與此同時，釓（Gd）作為一種稀土元素，在醫療和科技領域廣泛應用后，也隨著廢水排放等途徑進入水生環境。此前，雖然對單一的 MPs 或 Gd 對生物體的毒性已有不少研究，但二者聯合起來會對海洋生物產生怎樣的影響，卻鮮有人知。為了填補這一知識空白，來自國外的研究人員開展了一項極具意義的研究，其成果發表在《Aquatic Toxicology》上。
研究人員選取了地中海楔形蛤蜊（Donax trunculus）作為實驗對象。實驗前，先將采集來的蛤蜊在實驗室中進行為期一周的凈化和適應環境處理，確保實驗結果不受其他因素干擾。實驗設置了多個處理組，包括對照組（無污染物）、不同濃度的 MPs 組（0.1μg/L 和 100μg/L）、Gd 組（500μg/L）以及二者的混合組（0.1MPs + 500Gd μg/L、100MPs + 500Gd μg/L）。在 14 天的暴露實驗期間，每周更換一次水，以維持實驗條件穩定，并定期采集蛤蜊樣本和水樣進行后續分析。研究用到的主要關鍵技術方法包括：采用電感耦合等離子體質譜（ICP - MS）測定水樣和蛤蜊組織中的 Gd 濃度；運用傅里葉變換紅外光譜（FT - IR）分析確認 MPs 的聚合物組成；通過一系列生化分析方法，如測定電子傳遞系統（ETS）活性、糖原（GLY）和蛋白質（PROT）含量等，評估蛤蜊的代謝能力和能量儲備，以及抗氧化酶活性、解毒酶活性、脂質過氧化水平和神經毒性等指標。
研究結果
- MPs 和 Gd 在海水及蛤蜊組織中的濃度：實驗發現，單獨 Gd 處理時，海水中 Gd 的測量濃度與名義濃度相近；但在混合處理組中，Gd 濃度顯著下降，且 MPs 濃度越高，Gd 濃度下降越明顯。在蛤蜊組織中，單獨 Gd 處理時蛤蜊積累的 Gd 較多，混合處理組中，0.1μg/L MPs + 500μg/L Gd 處理的蛤蜊積累的 Gd 比 100μg/L MPs + 500μg/L Gd 處理的更多。同時，研究證實蛤蜊能夠攝入 MPs，且較高濃度 MPs 處理組的蛤蜊攝入的 MPs 數量更多。
- 生物學響應：生化參數
- 代謝能力和能量儲備：暴露第 1 周，所有處理組蛤蜊的 ETS 活性均顯著高于對照組，但第 2 周時，100μg/L MPs 處理組的 ETS 活性下降，而 500μg/L Gd 及混合處理組的 ETS 活性上升。PROT 含量在混合處理組中顯著增加，而 MPs 處理組在第 2 周時 PROT 含量下降。GLY 含量在不同處理組和不同時間呈現不同變化趨勢，Gd 處理組 GLY 含量較高，而 MPs 處理組及混合處理組中 GLY 含量相對較低，且在高濃度 MPs 處理下，第 2 周 GLY 含量比第 1 周更低。
- 抗氧化能力：MPs 處理組的超氧化物歧化酶（SOD）活性和總抗氧化能力（TAC）下降，而 Gd 處理組及混合處理組的 SOD 活性和 TAC 上升，尤其在混合處理組中變化更為明顯。不過，在 100MPs + 500Gd 混合處理組中，SOD 活性在第 2 周有所下降。
- 解毒機制：羧酸酯酶（CbEs）活性在 MPs 和 Gd 單獨處理時均顯著升高，但混合處理時無明顯變化。谷胱甘肽 S - 轉移酶（GSTs）活性在 100μg/L MPs 處理組中下降，在 Gd 及混合處理組中上升，不過第 2 周時，100μg/L MPs、500μg/L Gd 及混合處理組的 GSTs 活性均下降。
- 脂質過氧化水平：0.1μg/L MPs 和 500μg/L Gd 處理組的脂質過氧化（LPO）水平低于對照組，100μg/L MPs 及混合處理組的 LPO 水平與對照組相似或更高。
- 神經毒性：Gd 處理組和混合處理組的乙酰膽堿酯酶（AChE）活性下降，表明這些處理對蛤蜊的神經毒性有一定影響，而 MPs 處理組對 AChE 活性影響不明顯。
- 多變量分析：主坐標分析（PCO）顯示，PCO1 能解釋 49.9% 的總變異，可區分 MPs 處理組、對照組與混合處理組、Gd 處理組；PCO2 能解釋 29.5% 的總變異，可區分 Gd 處理組、MPs 第 1 周處理組與混合處理組、對照組、MPs 第 2 周處理組。
研究結論與討論
綜合上述研究結果，MPs 的存在顯著影響了水體中 Gd 的濃度，二者在水體中可能存在相互作用，產生拮抗效應，降低了 Gd 在水體中的污染程度。然而，蛤蜊在實驗過程中持續積累 Gd，盡管 MPs 積累量較少，但二者混合暴露仍使蛤蜊受到更嚴重的氧化應激。單獨的 MPs 和 Gd 引發的氧化應激反應截然不同，MPs 大多表現為無顯著影響或抑制作用，而 Gd 則會增加氧化應激。在聯合暴露時，Gd 的毒性更強，MPs 起到了載體作用，增強了氧化應激效應�？傮w而言，混合處理組對蛤蜊造成的毒性最強，毒性順序為：0.1MPs μg/L ≈ 100MPs μg/L < 500Gd μg/L < 0.1MPs μg/L + 500Gd μg/L < 100MPs μg/L + 500Gd μg/L。此外，不同處理組在不同時間的生化響應存在差異，反映出蛤蜊對不同污染物和暴露時間的適應和應激策略不同。
這項研究意義重大，它首次揭示了 MPs 和 Gd 聯合暴露對海洋雙殼貝類的毒性效應，為評估這兩種污染物在水生生態系統中的危害提供了重要依據。同時，研究結果也提示我們，在評估環境污染物的風險時，不能僅考慮單一污染物的影響，還需關注多種污染物的聯合作用。未來，仍需進一步研究 MPs 和 Gd 在生態系統中的相互作用機制，以及它們對更廣泛生物種類和生態過程的影響，為保護海洋生態環境提供更全面的科學支持。
