悬浮不规则微塑料对鲱鱼和鳕鱼卵死亡率影响的评估研究

《Hydrobiologia》：Assessing the impact of suspended irregular microplastics on the mortality of herring and cod eggs

本期推荐一项关于微塑料对鱼类早期生命阶段影响的重要研究。为探究悬浮不规则微塑料是否通过物理接触机制影响关键经济鱼种的胚胎发育，研究人员采用从北大西洋垃圾带收集的真实环境微塑料（PE/PP，220-1000μm），系统评估了锐边与钝边颗粒对波罗的海鲱鱼（Clupea harengus membras）和大西洋鳕鱼（Gadus morhua）卵死亡率的影响。结果表明在环境相关浓度（1000 pieces/m3）下，微塑料形态均未对两种鱼卵发育产生显著不利影响，为科学评估微塑料生态风险提供了关键实验证据。

　　

随着全球塑料污染的日益严重，海洋中的微塑料（microplastics）已成为生态学家关注的焦点。这些尺寸小于5毫米的塑料碎片通过多种途径进入海洋环境，不仅可能被海洋生物误食，还可能通过物理接触对生物体造成损伤。特别令人担忧的是，那些尚未具备摄食能力的早期生命阶段——如鱼卵和仔鱼——虽然不会吞食微塑料，却可能在与这些颗粒的碰撞中受到伤害。然而，以往的大多数研究都集中在微塑料被摄入后对生物体的影响，而忽视了它们通过外部接触对生物造成的机械损伤、化学物质转移或病原体传播等风险。

在波罗的海生态系统中，波罗的海鲱鱼（Clupea harengus membras）和大西洋鳕鱼（Gadus morhua）是两种具有重要生态和经济价值的鱼种。近年来，由于气候变化、过度捕捞和食物资源竞争加剧，这些鱼类的种群数量出现了显著下降。了解微塑料污染是否对它们的早期生命阶段构成额外威胁，对于制定有效的保护策略至关重要。鲱鱼和鳕鱼具有不同的繁殖策略：鲱鱼将粘性卵产在沿岸的植被或岩石上，而鳕鱼则产下浮性卵，这些卵在开放水域中随波逐流。这两种鱼卵都可能与悬浮在水体中的微塑料发生碰撞，尤其是鲱鱼卵具有较薄的多孔卵膜（chorion），可能更容易受到微塑料的影响。

以往的研究多使用未风化、球形的聚苯乙烯（PS）微塑料，这与海洋中实际存在的多样化、不规则形状的微塑料碎片存在较大差异。为了更真实地模拟环境条件，本研究采用了从北大西洋垃圾带收集的部分降解的聚乙烯（PE）和聚丙烯（PP）微塑料碎片，并特别比较了锐边和钝边颗粒对鱼卵的不同影响。

研究人员设计了一套精巧的实验系统来评估微塑料对鱼卵的影响。他们从挪威孵化场获取鳕鱼卵，而从波罗的海帕尔努湾捕获的鲱鱼则在其实验室中进行人工授精。实验在玻璃微宇宙（microcosms）中进行，每个容器装有1升海水，鲱鱼实验每组放置30粒卵，鳕鱼实验每组约300粒卵，以模拟自然条件下的卵密度。实验设置了三个处理组：无微塑料的对照组、添加锐边微塑料组和添加钝边微塑料组，每组设10-15个重复。

为了确保微塑料颗粒在整个水柱中均匀分布并增加与鱼卵的碰撞机会，研究人员设计了独特的水体搅动系统。对于鳕鱼实验，通过从容器底部通入脉冲气流（开启5秒，关闭1分钟）使卵和微塑料保持悬浮状态；而对于沉性的鲱鱼卵，则采用持续的中心气流，确保微塑料运动的同时不扰动底部的卵。这种设计最大限度地模拟了自然环境中颗粒物与鱼卵的碰撞场景。

实验使用的微塑料是从北大西洋垃圾带（北纬33°09.00′-33°15.00′，西经40°00.00′-37°00.00′）通过300微米浮游生物网收集的真实环境样品，尺寸范围为220-1000微米，与鱼卵尺寸存在重叠区域。这些颗粒主要为PE和PP材质，在干燥避光条件下储存约两年后使用，确保了实验材料的环境相关性。

死亡率通过每日检查沉底的卵来评估，采用混合效应模型（GLMM）进行统计分析，并针对过度离散（overdispersion）的情况使用了β二项式混合效应模型进行验证。

主要技术方法包括：从北大西洋垃圾带采集真实环境微塑料样品；建立模拟自然条件的玻璃微宇宙暴露系统；设计差异化的水体搅动装置以适应不同鱼卵的生态特性；采用广义线性混合模型（GLMM）进行死亡率统计分析。

结果

鲱鱼卵死亡率分析

对于鲱鱼胚胎，无论是春季产卵群体（GLMM，χ2(2)=4.50，P=0.106）还是秋季产卵群体（χ2(2)=5.51，P=0.063），微塑料处理均未引起死亡率显著差异。秋季产卵群体的死亡率在不同日期间存在明显差异（χ2(1)=80.25，P<0.001），但日期与处理之间无交互作用（χ2(2)=0.56，P=0.756）。

尽管统计上不显著，但一个有趣的趋势是：暴露于钝边微塑料的组别出现了最高的平均死亡率（春季：第6天为6.56%；秋季：第6天为26.58%，第11天为29.36%），而锐边颗粒组则未显现此种效应。

鳕鱼卵死亡率分析

在鳕鱼实验中，发现了显著的日期与处理交互作用（χ2(12)=25.81，P=0.011）和强烈的日期效应（P<0.001），但整体处理效应不显著（χ2(2)=1.04，P=0.594）。二项式模型的日间对比显示，第1天两个微塑料处理组的死亡率均高于对照组（对照组vs锐边MP：z=-2.40，Holm P=0.049；对照组vs钝边MP：z=-2.30，Holm P=0.049）。然而，由于二项式模型存在过度离散问题，使用β二项式GLMM重新分析后，未发现任何一天存在显著的处理差异（最小调整P=0.223）。

鱼卵损伤观察

尽管整体死亡率未出现显著差异，研究人员在显微镜下观察到了部分鱼卵外壳的损伤情况。

这些切口和切割状变形表明，微塑料与鱼卵之间确实发生了直接物理接触并造成了卵膜损伤，尽管此类事件可能较为罕见。

讨论与结论

本研究通过使用真实环境采集的微塑料，在环境相关浓度下系统评估了不规则微塑料碎片对两种重要经济鱼类早期生命阶段的影响。结果表明，即使确保了颗粒与鱼卵之间的频繁碰撞，微塑料的存在并未对鲱鱼和鳕鱼卵的发育死亡率产生显著影响。

一个值得注意的发现是，钝边微塑料反而在鲱鱼实验中表现出比锐边颗粒更高的危害趋势。研究人员推测，这可能是因为钝边颗粒具有更大的二维表面积，更容易粘附在鱼卵表面，从而延长了接触时间，增加了污染物或病原体转移的机会。而锐边颗粒未能造成显著伤害，可能与实验中的碰撞强度不足以刺穿保护性的卵膜有关，或者由于流体动力学效应，颗粒在接近卵表面时被水膜阻挡而未发生直接接触。

本研究结果与近期多项研究一致，表明在环境相关浓度下，微塑料对鱼类早期生命阶段的接触介导影响可能没有此前预期的严重。然而，作者也强调，在极高浓度（如导致卵表面完全被覆盖）或湍流强烈的环境中，微塑料仍可能通过阻碍氧气交换或增加碰撞频率而产生负面影响。

这项发表在《Hydrobiologia》上的研究为科学评估微塑料生态风险提供了重要依据，提示我们在关注微塑料污染问题的同时，需要基于实际环境条件和浓度进行风险评估，避免过高估计其危害程度。未来的研究应继续探索不同环境条件下微塑料与水生生物的相互作用，特别是在湍流强烈和污染严重的生境中微塑料的潜在影响。