期刊：Science of the Total Environment

卷号：983

页码：179686

出版年：2025

出版社：Elsevier

DOI：10.1016/j.scitotenv.2025.179686

作者：
Eve C. Tarring, Charlotte Robison-Smith, AngelD.Ceballos-Ramirez,Isabelle Durance, Michael J. Harbottle, Jo Cable, Benjamin D. Ward

塑料污染研究长期聚焦于宏观塑料与微塑料，但水溶性聚合物（water-soluble polymers, WSPs）的环境风险逐渐受到关注。WSPs能完全溶解于水体，难以通过传统微塑料检测手段识别，却已在受污水排放影响的河流和湖泊中被监测到。

聚乙烯吡咯烷酮（PVP）因其优良的亲水性和生物相容性，被广泛应用于制药工业（片剂黏合剂、注射液稳定剂）、化妆品、食品添加剂以及水处理助剂。虽然急性毒理学测试常显示其低毒性，但缺乏关于慢性暴露、分子量差异及生态条件调节作用的系统研究。

本研究发表于 Science of the Total Environment，采用OECD 211标准，以大型溞（Daphnia magna）为模式物种，评估了两种分子量PVP（40 kDa与360 kDa）在不同饵料浓度下的21天慢性毒性效应，结合凝胶渗透色谱（GPC）分析机制线索，揭示了WSP环境风险的新特征。

• 大型溞（Daphnia magna）：广泛应用于淡水生态毒理学，繁殖周期短，易于在实验条件下维持稳定种群，对环境污染物敏感。

• 选择理由：代表性高，能反映慢性暴露对个体生长、繁殖及存活的综合效应。

• 暴露物质：PVP，分子量40 kDa（低）与360 kDa（高）。

• 浓度：0.1 mg/L，接近受污水影响河流中的实测水平。

• 实验1：常规饵料水平（0.2 mg 碳/个体/天），换水频率3天一次。

• 实验2：高饵料水平（2 mg 碳/个体/天，为常规的10倍），每日换水。

通过交叉设计，研究分子量与饵料浓度的交互作用。

• 暴露周期：21天（OECD 211推荐）。

• 检测指标：存活率（Kaplan-Meier分析）、个体背甲长度（生长）、繁殖起始与产仔数（繁殖力）。

• 机制检测：采用GPC分析溶液中PVP信号变化，探索是否存在降解、聚合或与饵料结合的过程。

• 常规饵料条件：40 kDa PVP组在第5天存活率下降至53%，21天死亡率显著高于对照；360 kDa组与对照无差异。

• 高饵料条件：40 kDa与360 kDa组存活率均与对照一致。暗示低分子量PVP在营养限制条件下表现出显著毒性，而高分子量效应较弱。

• 常规饵料下，360 kDa组背甲长度低于对照（轻度生长抑制），40 kDa组部分个体生长停滞。

• 高饵料下，各组间生长指标无显著差异。

• 常规饵料下，40 kDa组繁殖延迟，部分个体21天内未繁殖，繁殖数量显著低于对照。

• 高饵料下，繁殖起始时间和数量与对照无显著差异。

• 仅在有大型溞存在的条件下，PVP峰高发生变化，而保留时间不变。

• 表明PVP未降解，但在溞消化作用下可能与藻类结合，降低藻类营养利用率。

PVP与藻类结合 → 有效可消化食物减少 → 溞出现营养缺陷 → 死亡率升高、繁殖延迟。

高饵料提供足够冗余营养，即便部分藻类被PVP“屏蔽”，仍可维持正常生长与繁殖。

• 非单调剂量反应：毒性与分子量、营养条件交互作用，而非浓度线性效应。

• 慢性暴露必要性：急性（48 h）测试低估风险，慢性（21天）实验揭示繁殖与生长效应。

• 生态风险评估新视角：需整合食物网营养条件与分子量分布，避免片面结论。

• 现有评估方法多依赖急性毒性数据，应纳入慢性实验。

• WSP类物质的风险评估需分子量谱化，并结合不同水体营养状态的情景测试。

水体营养状态将影响污染物风险，应针对富营养化与贫营养环境分别评估PVP风险。

• 产业：制药与日化行业需加强PVP排放治理与替代材料研发。

• 公众：需打破“水溶性=无害”的认知误区。

GPC为WSP监测提供有效工具，可与Pyr-GC/MS互补应用于污水与环境监测。