蚕豆（Vicia faba）单独或同时暴露于PFOS（全氟辛酸）及环境中的微塑料：对形态学、代谢组学及PFOS吸收水平的影响

时间：2026年2月20日

来源：Journal of Hazardous Materials

编辑推荐：

研究探讨微塑料（MPs）与全氟辛酸（PFOS）单独及联合暴露对蚕豆幼苗的生理和代谢影响。结果显示，单独暴露抑制株高，联合暴露促进生物量增加；PFOS在植物组织中累积，MPs增强其生物可利用性；红ox平衡失衡，代谢组学揭示协同毒性效应，影响次生代谢途径分配。

Eya Ben Fadhel|张丽蕾|Mohamed Banni|Sabrine Hattab|Luigi Lucini

意大利皮亚琴察圣心天主教大学可持续食品加工系

摘要

微塑料（MPs）和全氟辛烷磺酸（PFOS）是新兴污染物，它们可能同时存在于农业土壤中，但它们对作物的综合影响尚未完全了解。我们研究了在温室土壤中种植28天的蚕豆（Vicia faba）对环境中的微塑料（50 mg kg⁻¹）、PFOS（10或100 µg kg⁻¹）及其混合物的早期反应。高分辨率质谱分析量化了植物组织中的PFOS含量和谷胱甘肽氧化还原状态（GSH/GSSG），而非靶向代谢组学研究则探讨了整体的生化变化。单独作用时，微塑料和PFOS均缩短了植株长度（比对照组短29–33%）。然而，在共同作用下，生物量反而增加，表明植物出现了显著的生理适应。值得注意的是，PFOS的积累呈剂量依赖性，并且受到微塑料的增强（在茎部达到6.92 ng g⁻¹，在根部达到263.36 ng g⁻¹），这表明微塑料调节了PFOS的生物利用度。氧化还原平衡向氧化方向偏移：所有处理组的GSH/GSSG比值均下降，尤其是在高PFOS浓度下（下降了60%）。代谢组学分析结合多变量统计分析成功区分了对照组和处理组植物，AMOPLS模型将变异主要归因于PFOS本身及其与微塑料的相互作用。茎部的差异代谢物显示，在微塑料和高PFOS共同作用下，异戊二烯类和脂肪酸的合成增加；而根部则表现出异戊二烯类合成受到抑制，苯丙素类合成增强。我们的结果揭示了微塑料和PFOS在代谢组水平上的相互作用，表明微塑料是PFOS吸收的动态调节因子。共同暴露引发了涉及氧化还原失衡和组织特异性次级代谢变化的应激反应。在考虑环境中的微塑料污染问题时，应仔细参考我们的数据。

部分内容摘录

引言

微塑料（MPs）是指尺寸小于5毫米的塑料颗粒，它们通过初级生产过程和大型塑料废物的降解进入环境系统[2]。由于其持久性、移动性和微小体积，微塑料能够在各种生态系统中积累，引发了关于其与生物和物理化学过程相互作用的问题。农业土壤逐渐被认为是微塑料的主要汇[3],[4]。

环境微塑料的采集与表征

微塑料的采集直接从农业土壤中进行，样品处理遵循既定协议[6],[26],[27]。微塑料的分离采用基于密度的分离技术，随后通过过滤步骤处理，并在偏振光显微镜下进行表征。在用于暴露实验之前，分离出的微塑料用超纯水清洗以去除附着的土壤颗粒。

形态测量

通过测量蚕豆植株（单独暴露或同时暴露于微塑料和PFOS下）的茎部和根部的长度及鲜重（FW），评估了其形态参数。

在茎部（图1A），所有暴露于微塑料和PFOS的处理组中，植株长度均明显缩短。对照组的平均茎长为15.37厘米，而暴露于微塑料的处理组茎长减少了32.1%（降至10.43厘米）；PFOSc1和PFOSc2的处理组也有类似现象。

讨论

微塑料广泛分布于陆地和水生生态系统中，常常与持久性污染物共存，例如新型污染物PFOS。虽然已知微塑料会破坏土壤结构并干扰植物生理过程，但它们对共存污染物的迁移性、生物利用度和毒性的影响仍不充分了解。本研究探讨了微塑料和PFOS单独及共同作用对蚕豆早期生长的影响。

结论

总体而言，微塑料和PFOS在土壤中的共同存在引发了Vicia faba的协调且浓度依赖性的生理和代谢反应。这些反应不仅仅是简单的叠加效应，而是体现了涉及氧化还原失衡、次级代谢改变和组织特异性防御机制调整的应激反应。结果表明，微塑料不仅是一种污染物，还调节着污染物的迁移性和植物的吸收能力。本研究提供了新的见解。

环境影响

微塑料（MPs）和PFOS的共同暴露会引发作物的独特应激反应，改变氧化还原平衡和次级代谢。微塑料增强了PFOS的生物利用度和在组织中的积累，加剧了氧化应激和代谢变化。这些相互作用会损害植物生长，并可能影响营养价值。共同暴露下的代谢组学特征表明植物发生了复杂的生理调整，这对农业食品安全具有潜在影响。

未引用参考文献

[53],[54]

资金支持

本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。

CRediT作者贡献声明

Luigi Lucini：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、概念构思。Mohamed Banni：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、概念构思。Sabrine Hattab：撰写、审稿与编辑、监督、资源协调、方法设计、数据管理。Eya Ben Fadhel：撰写初稿、数据验证、软件使用、实验设计、数据分析。张丽蕾：撰写初稿、数据验证、监督、方法设计、数据分析。