海洋生物体

来源：《农业资源与环境学报》2022 年 06 期作者：李娟1，季超2，张芹1，汪星宇1，伍志强1，解玉鑫1，李嘉晴1，张皓森1，臧桐宇1， 郑文杰1*单位：1. 天津师范大学生命科学学院；2. 云南农业大学云南生物资源保护与利用国家重点实验室摘要海洋微塑料污染问题是全球研究热点，现有研究表明微塑料在海洋环境中无处不在，对海洋生态的威胁逐渐加重，伴随着海洋食品的兴起，人们也越来越重视微塑料污染对人体健康的危害。本文通过对海洋生物体内微塑料污染情况的概述，系统分析了微塑料对海洋生物造成的影响。主要针对微塑料检测的前处理方法以及组分的鉴定方法展开综述，对不同方法的优缺点进行比较，指出在微塑料检测研究中多种方法综合应用效果最佳。基于现阶段海洋微塑料的研究状况，从科学研究和管控方面讨论了目前研究中存在的问题，展望了未来的研究方向。结论与展望：微塑料已经成为全球海洋环境中的新兴污染物之一，获取海洋环境中微塑料丰度等信息的标准程序方案对于确定微塑料对海洋环境的污染情况和潜在影响至关重要。本文总结了海洋微塑料污染的现状，详细阐述了对样品进行消解和分离的常用方法，认为对于海洋生物体内微塑料的提取分离而言，碱液（KOH、NaOH 等）提取相较于其他提取液的回收效果更好。针对微塑料的鉴定分析方法，本文重点介绍了显微观察法、傅里叶变换红外光谱法、拉曼光谱法和热分析法，并讨论了多种分析方法的优缺点及各自的适用特点。目前而言，单一的分析方法很难对复杂的环境样品中的微塑料进行准确定性和定量研究，尤其对于尺寸小于1 mm 的微塑料，建议采用显微观察和光谱分析相结合的方法；而对于截距小于10 μm 的微塑料，拉曼光谱是更好的选择。微塑料的来源与人类活动息息相关，人类产生的塑料垃圾会通过排水系统、河流以及风的作用进入海洋生态系统，在其中产生累积效应，已有相关研究表明，微塑料可能是海洋生物多样性降低的重要因素之一。这一方面由于微塑料体积相对较小，易被海洋生物摄取并在其体内富集，对海洋生物的组织、循环系统造成有害影响；另一方面由于微塑料自身的物理和化学性质特殊，其表面易吸附污染物，成为污染物进入海洋生物体的载体，并可通过食物链进入人体，对人类产生潜在危害，但其作为载体的具体机制和转移途径鲜见报道。未来，微塑料相关研究可从以下几个方面进行：（1）目前塑料颗粒检测技术多样且发展迅速，但随着新产业新科技的发展，一些新的材料会产生微米级、纳米级等更小的塑料颗粒，因此，针对这些新材料的检测需要探索新的检测方法来实现。（2）现阶段微塑料的检测方法良莠不齐，各种方法检测结果的准确性有待进一步验证。为了更加全面准确地监测微塑料污染情况，应建立检测微塑料、评估微塑料污染风险的标准体系，标准化、规范化的微塑料检测流程，可保证微塑料污染风险评估的准确性，为维护海洋环境和生态安全提供理论支撑。（3）人们普遍认为粒径小于100 μm 的微塑料对海洋生物和人体的影响最大，但是微塑料不同的形态、大小及聚合物类型对海洋生物的风险仍缺少具体的参考标准，故建立评估微塑料污染风险的标准体系非常必要。微塑料危害并不仅限于微塑料本身，其表面富集的各类污染物的风险更大。通过微塑料摄入将有毒化学物质转移到生物群是一个值得重视的问题，然而现有的研究鲜少使用微塑料载体进行毒性研究。为进一步明确微塑料的物理性质和污染物的连锁效应，应加强对微塑料的吸附作用和污染物（如放射性重金属和抗生素）之间相互作用的研究。（4）目前全球不同区域的食品种类繁多，而大多数微塑料研究是针对鱼类、贝类等水生生物体内微塑料浓度、形态、大小和聚合物类型所开展，对加工食品中微塑料的研究不多，这使得人类通过食物摄入的微塑料总体数量很难估计。因此，今后的研究应加强对各类食品中微塑料提取鉴定方法以及定量分析方法的研究，为食品安全检测提供途径。

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究团队联合德国赫姆霍兹基尔海洋研究中心、英国帝国理工学院、加拿大国立科学研究院等，采用痕量金属洁净培养技术、55Fe同位素示踪方法，开展了多项实验，发现痕量铝添加可以显著提高受铁限制硅藻的叶绿素合成速率、光合效率和生长率。该研究揭示了痕量铝有益于铁限制海洋硅藻叶绿素合成的新现象，为铁铝假说提供了新证据，也为在南大洋等铁限制海域开展海洋铝施肥负排放技术研究提供了重要基础。相关研究成果以Promoting effects of aluminum addition on chlorophyll biosynthesis and growth of two cultured iron-limited marine diatoms为题，发表在《湖沼与海洋》（Limnology and Oceanography）上。铝是地壳中含量最高的金属元素，普遍存在于各种环境与生物体。然而，目前尚未发现铝具有确切的生物学功能。铝在淡水和土壤中的浓度可达mmol/L，相较而言，海水中溶解铝的浓度要低几个数量级，常处于痕量水平。中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室研究团队从十多年前开始关注铝添加对海洋浮游植物生长的影响，开展了一系列现场和室内实验研究，发现痕量铝添加可促进海洋浮游植物固碳，增强生源碳向深海输出、埋藏封存，从而影响海洋碳汇效能，进而调节气候变化。有证据表明，过去80万年，通过沙尘沉降输入到南大洋的铝与铁通量与冰期-间冰期气候回旋存在密切关联。通常认为，南大洋浮游植物生长受铁限制，铁输入的变动被认为是调节碳汇与气候变化的关键因子。研究人员发现，铝与铁协同作用，很可能是南大洋等海域碳输出、埋藏的关键，因而提出了“铁铝假说”，指出铝与铁一样，可能是调控海洋碳循环和碳汇形成的关键因子，在冰期-间冰期气候变化过程发挥重要作用。研究团队证实痕量铝添加显著提高硅藻净固碳量，降低颗粒有机碳分解速率。根据铁铝假说，研究团队提出“海洋铝施肥”观点，认为这有可能发展成为潜在高效的负排放技术与方法，并预测南大洋等受铁限制的高营养盐低叶绿素海域是开展铝施肥及铁铝同时施肥的理想区域。然而，在大规模现场施肥实验之前，仍需要在不同时空尺度上检验海洋铝施肥的效能及其潜在环境影响。痕量铝添加如何影响铁限制浮游植物尤其是硅藻的生长，是需要解答的关键问题之一。这些结果表明，铝可能会促进叶绿素的生物合成，有利于叶绿素受限硅藻的光合效率和生长。我们推测，添加 Al 可通过促进超氧化物介导的细胞内叶绿素生物合成，提高细胞内铁的利用效率。研究工作得到国家留学基金、广东省自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项等的支持。

近日英国曼彻斯特大学的科学家们获得了一项长达15年研究的重大突破成果，他们希望这一结果将促进研发对危险空气污染物，例如多氯联苯 (PCBs) 和二氧(杂)芑进行去毒的有效方法。这项发表在期刊《自然》上的研究细节描述了某些生物体是如何降低污染物的毒素。　　某些生物体可以清除危险空气污染物，例如多氯联苯(PCBs) 和二氧(杂)芑(二恶英)。　　　　曼彻斯特大学生物技术研究所的研究小组调查了某些自然生物体是如何降低毒素水平并缩短严重污染物的寿命。　　大卫里斯教授解释称：&ldquo 我们已经知道某些最毒的污染物包含卤原子，而大多数生物系统并不知道如何处理这些分子。然而，某些生物体可以利用维生素B12移除这些卤原子。我们的研究已经能够确定它们利用维生素的方式与我们所知的大不相同。&rdquo 　　&ldquo 对这个去毒作用的创新过程的细节描述意味着我们现在能够复制这一过程。我们希望可以更快更有效的研发新的方法移除世界上存在的某些最大的毒素。&rdquo 　　这项突破性进展花费了里斯教授15年的科研时间，欧洲科学研究委员会(ERC)的资金赞助使得这一切变为可能。这项研究面临的最大困难在于培养足够多的自然生物体以研究它们是如何将污染物去毒化。曼彻斯特大学生物技术研究所的研究小组通过对其它快速增长的生物体进行基因改造，最终获得了关键的蛋白质。然后他们使用X射线晶体学三维研究卤原子是如何被移除的。　　这项研究的主要驱动力量是调查对抗释放至环境里的有害分子的方法，很多产生于污染物或者家庭垃圾的焚烧。随着这些分子的浓度上升，它们的存在对环境和人类都造成了潜在的威胁。目前已经采取了相关措施以限制污染物的排放，例如20世纪70年代美国禁止多氯联苯的使用，这一禁令在2001年波及全世界。里斯教授表示：&ldquo 除了与污染物的毒素和寿命作斗争，我们还有信心我们的研究发现将帮助研发筛选环境或者食物样本的更好的方法。&rdquo