编辑推荐：
在 COVID-19 大流行期间，手术口罩使用导致塑料垃圾问题加剧，其释放的纳米和微纤维（NMFs）对水生生物影响未知。研究人员以斑马鱼（Danio rerio）为模型开展研究，发现 NMFs 会影响斑马鱼胚胎和幼体发育，这表明其可能存在生态毒理风险。
在现代生活中，塑料的广泛使用给人们带来了诸多便利，但同时也引发了严重的环境问题。自 20 世纪 50 年代起，塑料产量持续攀升，2022 年全球塑料产量接近 4 亿吨 。聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）和聚氯乙烯（PVC）是产量最高的塑料聚合物，在包装、建筑以及纺织等众多领域都有广泛应用。然而，塑料垃圾的不当处理成为了一个棘手的难题，它们在陆地和水生环境中无处不在，对生态系统健康构成了严重威胁，被视为新兴的污染物。
COVID-19 大流行更是让塑料垃圾问题雪上加霜。为防控病毒传播，各国要求民众在公共场所佩戴个人防护设备（PPE），其中主要是口罩。口罩大多由 PP 制成，结构为三层。大流行期间，大量口罩被使用后随意丢弃，据统计，超过 1.24 万亿个塑料口罩进入了环境中。这些口罩在环境中会释放出纳米和微纤维（NMFs）以及有毒化合物，可尽管 NMFs 在水生生态系统中分布广泛且可能在水生生物体内积累，但人们对其对水生生物群落的影响却知之甚少。
在这样的背景下，来自国外研究机构的研究人员开展了相关研究，旨在深入探究手术口罩来源的 PP-NMFs 对斑马鱼（Danio rerio）的影响。该研究成果发表在《Aquatic Toxicology》上，为评估 NMFs 的生态毒理风险提供了重要依据。
研究人员采用了多种关键技术方法。首先，通过人工加速老化模拟自然环境中口罩的光降解过程，利用 UV-A 灯照射 PP 熔喷无纺布，获得 NMFs 。然后，运用动态光散射（DLS）和扫描电子显微镜（SEM）对 NMFs 溶液进行表征，确定其尺寸和形态 。此外，以斑马鱼为模型生物，按照经济合作与发展组织（OECD）的指南开展短期（144 小时）和中期（15 天）暴露实验，并进行 RNA 测序（RNA-seq）分析基因表达变化 。
研究结果主要通过以下几个方面呈现：
- NMFs 溶液的表征：DLS 测量显示，NMFs 溶液呈多分散分布，数分布结果表明各浓度下均为单峰分布，平均流体动力学尺寸在 265 - 296nm 之间；强度分布则呈现双峰分布，分别在纳米（约 500nm）和微米（约 5μm）尺寸范围 。SEM 分析证实了 NMFs 以微米和纳米形式存在，平均长度为 26μm（± 16μm），宽度为 2μm（± 0.9μm），EDS 分析显示其主要元素为碳 。
- 短期暴露实验：
- 测试有效性及 NMFs 与斑马鱼的相互作用：实验符合 OECD 标准，NMFs 在测试浓度下无急性毒性。显微镜观察发现，NMFs 会吸附在斑马鱼胚胎的卵壳（chorion）上，且高浓度（5mg/L）下吸附的大纤维数量较多，纳米级纤维可能穿过卵壳进入胚胎 。
- 畸形和形态学改变：NMFs 处理组与对照组的畸形发生率相近，但在 144 小时时，0.2mg/L 和 5mg/L 处理组斑马鱼的眼面积显著减小，体长对 NMFs 暴露不敏感，但体长与眼面积的比值在部分处理组有差异 。
- 对心跳和感觉运动反射的影响：暴露于 NMFs 后，斑马鱼的心率在 48 小时和 72 小时未发生改变，感觉运动反射也未受影响 。
- NMFs 对斑马鱼能量代谢途径的影响：RNA-seq 分析表明，0.2mg/L NMFs 处理下，斑马鱼有 65 个差异表达基因（DEGs），其中下调基因主要涉及能量代谢过程，如乙酰辅酶 A（acetyl-CoA）生物合成和代谢、硫代谢等；上调基因与发育过程的负调控有关 。KEGG 分析还发现部分能量代谢相关通路受到影响，这表明 NMFs 暴露可能导致斑马鱼能量代谢紊乱和神经发育异常 。
- 中期暴露实验：
- 死亡率：15 天暴露后，NMFs 处理组斑马鱼死亡率高于对照组，且死亡主要发生在 9 - 12 天，可能与 NMFs 影响摄食行为有关 。
- 形态和行为改变：与短期暴露不同，中期暴露下，NMFs 处理组与对照组在眼面积、体长和体眼比等形态参数上无显著差异，游泳行为也未受影响 。
- NMFs 对斑马鱼能量代谢的影响：RNA-seq 分析显示，0.2mg/L NMFs 处理下有 325 个 DEGs，下调基因与磺基转移酶活性、结合活性有关，上调基因与内吞作用有关 。KEGG 分析表明，丙酮酸代谢等能量相关通路被上调，这表明 NMFs 扰乱了斑马鱼的能量代谢，幸存个体可能采取了补偿机制 。
研究结论和讨论部分指出，本研究首次发现手术口罩来源的 PP-NMFs 会影响斑马鱼的发育，导致眼面积减小和基因表达改变，且在环境相关浓度（0.2mg/L）下就会产生影响，这表明不当丢弃手术口罩可能带来生态毒理风险 。虽然斑马鱼在暴露后可能会采取一些补偿机制，但长期暴露仍可能对其产生不利影响 。此外，由于斑马鱼与其他脊椎动物在基因组和分子层面有高度相似性，这些结果也能为评估 NMFs 对其他水生生物和生态系统的影响提供参考 。然而，目前对斑马鱼在 144 小时后长期暴露的研究较少，未来需要更多的中期和长期暴露研究，以更全面地了解 NMFs 的生态风险 。同时，鉴于环境中已存在大量口罩垃圾，持续释放 NMFs，密切监测 NMFs 污染对不同营养级生物的威胁至关重要 。
