微塑料是指粒径小于5 mm的塑料碎片或颗粒,广泛分布在水体、土壤、大气等环境中,甚至在人类粪便和胎盘中也有检测到,对生态环境和人类健康造成一定的危害。研究表明微塑料具有神经、生殖、发育和跨代毒性等毒性效应。目前所使用的研究微塑料毒理学的模式生物主要有小鼠、大鼠、蚤状溞和斑马鱼等哺乳动物和水生生物。然而,关于使用土壤模式生物来研究环境浓度下微塑料的毒性效应的研究还较少,尤其是关于改性微塑料的毒性效应与作用机制的研究还较为缺乏。秀丽隐杆线虫(Caenorhabdierg-mediated K(+) currenttis elegans)作为土壤中最丰富的生物之一且能够自由生活在土壤间隙水之中,是一种重要的土壤模式生物。因其具备生命周期短、易于培养和遗传背景良好等优势,已被广泛应用于外源污染物的毒性效应及机制的研究之中。本研究选取环境浓度下的聚苯乙烯微塑料(PS)与羧基改性聚苯乙烯微塑料(PS-COOH)为外源污染物,以秀丽线虫作为模式生物,从运动行为和产卵率等生理指标首先对比分析原始PS和PS-COOH急性暴露对秀丽线虫的神经和生殖毒性效应,再从生化和分子水平进一步阐明PS-COOH引起神经和生殖毒性的作用机制。主要的研究结果如下:(1)PS-COOH在1μg/L浓度下显著影响秀丽线虫的头部摆动频率和身体弯曲频率,而PS在10μg/L浓度下对运动行为才有显著影响,其中头部摆动频率较身体弯曲频率更为敏感,可以初步说明PS-COOH比原始PS具有更强的神经毒性。10～100μg/L的PS-COOH急性暴露显著改变多巴胺能、谷氨酸能、5-羟色胺能和γ-氨基丁酸(GABA)能神经元的荧光强度与神经元退化比。与此同时,秀丽线虫体内的多巴胺、谷氨酸、5-羟色胺和GABA等神经递质含量均受到显著影响。100μg/L的PS-COOH急性暴露显著改变秀丽线虫体内的dop-1、dat-1、eat-4、tph-1和unc-25等神经传递相关基因的表达水平。结果表明,PS-COOHABT-263暴露会影响秀丽线虫多巴胺、谷氨酸、5-羟色胺和GABA的神经传递,并造成多巴胺能、谷氨酸能、5-羟色胺能与GABA能神经元的损伤,进而对秀丽线虫造成神经毒性效应。(2)100μg/L原始PS急性暴露显著降低秀丽线虫的产卵率,但10μg/L的PSCOOH即显著影响秀丽线虫的生殖能力,表明改性的PS-COOH具有更强的生殖毒性。1μg/L的PS-COOH显著增加了秀丽线虫体内的细胞凋亡数目,且ced-9、ced-4与ced-3等核心凋亡机制相关基因的表达量发生显著改变。与此同时,100μg/L的PS-COOH也显著上调了egl-1、hus-1与cep-1等DNA损伤相关基因的表达水平。与野生型秀丽线虫相比,ced-3、ced-4、ced-9、hus-1、cep-1与egl-1基因缺陷突变体的生殖凋亡细胞数均发生一定程度的改变。结果表明,DNA损伤和核心凋亡机制调控PS-COOH暴露对秀丽线虫的生殖毒性,且DNA损伤相关基因(cep-1、egl-1AZD9291临床试验、hus-1)与核心凋亡机制相关基因(ced-3、ced-4、ced-9)发挥关键作用。