《Aquatic Toxicology》：The combined pollution of imidacloprid and glufosinate-ammonium aggravates toxicity on
Hydrilla verticillata and epiphytic microbial community
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农药吡虫啉与草甘膦复配对狐尾藻生理及附生微生物群落的影响研究。通过24天实验发现复合处理加剧植物氧化应激和抗氧化响应，显著改变细菌α多样性（Bacteroidota, Comamonadaceae, Proteobacteria）及真核生物（Cocconeis, Stigeoclonium, Oedogonium）群落结构，破坏微生物互作网络稳定性。
张晓丹|张松和|郭洪宇|袁文杰|吕鑫|张婷朗|江帅杰
中国江苏省南京市河海大学教育部浅水湖综合调控与资源开发重点实验室，邮编210098
摘要
尽管这两种农药在水生环境中经常同时存在，但吡虫啉（ICD）和草甘膦铵（GLAM）对沉水植物和附生微生物群落的综合影响仍不清楚。本研究进行了一项为期24天的实验，以观察在仅使用ICD或同时使用ICD和GLAM的情况下，以Hydrilla verticillate为主的湿地中水质、植物生理以及附生微生物群落的变化。结果表明，与单独使用ICD相比，GLAM+ICD导致H. verticillata的氧化应激更大，其抗氧化反应也更强，这表明混合物加剧了对植物的生态毒性效应。与ICD相比，在ICD+GLAM处理组中检测到了更多的微生物标志物，包括拟杆菌门（Bacteroidota）、Comamonadaceae科、变形菌门（Proteobacteria）和Cocconeis属。冗余分析表明，ICD浓度与Stigeoclonium、Closterium和Cocconeis呈正相关，而与Oedogonium和Chloromonas呈负相关，GLAM的作用与ICD相反。在高浓度混合处理组中，细菌和真核生物之间的相互作用更为复杂。共现网络分析进一步表明，GLAM和ICD改变了附生生物膜内的微生物相互作用，损害了微生物群落的稳定性和功能。
引言
沉水植物通过吸附悬浮沉积物和去除营养物质，在水生生态系统中发挥着重要作用（Chen等人，2022；Mu等人，2020）。沉水植物-附生生物膜系统通过直接吸收和微生物活动，在营养物质和污染物的去除中起着重要作用（Lv等人，2025）。附生生物膜由细菌、藻类和其他微生物组成（Chen等人，2022；Li等人，2020b），参与甲烷氧化、硝化和反硝化过程（Yu等人，2022）。沉水植物可以为附生细菌提供碳源，并显著增加附生生物膜中的硝化菌和反硝化菌的数量（Jiang等人，2024）。因此，沉水植物被用于生态沟渠和河流中，以拦截和净化来自农业区的非点源污染（Gao等人，2018）。然而，农药对水生生物的影响不可忽视，因为在农业区检测到了大量农药（Guo等人，2025）。
包括除草剂和杀虫剂在内的农药在现代农业生产中被广泛使用，以保护作物（Narayanan等人，2024）。同时，不同农业区中存在各种类型的农药残留物，形成了复杂的农药混合物（Weisner等人，2021）。因此，水生生物在自然栖息地中通常会遇到复杂的化学混合物，而不仅仅是单一物质（Grung等人，2015）。各种农药之间或农药与其他污染物之间的相互作用，使得评估农药对水生环境的生态危害变得更加复杂（Wang等人，2020）。最近的一份报告显示，在德国莱茵河谷，多种农药的总浓度（17.41 mg/L）对植物造成了损害（Mauser等人，2025）。其中，杀虫剂吡虫啉（ICD）是一代新烟碱类杀虫剂（Stehle等人，2023），而草甘膦铵（GLAM）是中国使用最广泛的除草剂（Feng等人，2023）。在过去十年中，吡虫啉和草甘膦铵的生产和利用显著增加（Duan等人，2024；Fang等人，2017）。
在农业区的水中检测到了高浓度的ICD（4.6 μg/L）和GLAM（15.21 mg/L）（Hladik等人，2014；Wei等人，2016），并且它们在中国洞庭湖的圩田地区显示出了生态风险（Guo等人，2025）。在地表水系统中也观察到了类似的高浓度ICD残留，估计ICD的浓度可能达到mg/L水平（Thunnissen等人，2020）。先前的研究表明，ICD对藻类的无观测效应浓度（NOEC）为10 mg/L，对鱼类的观测效应浓度（OEC）为9.02 mg/L（Guo等人，2025）。ICD会干扰昆虫中枢神经系统的正常信号传导（Pang等人，2020），而GLAM则作用于许多杂草中的谷氨酰胺合成酶（GS）（Takano和Dayan，2020）。尽管ICD和GLAM在环境中可生物降解，但它们仍可能对非目标生物造成损害（Hadi等人，2013；Forlani等人，2008）。例如，GLAM会损害沉水植物，降低微生物多样性，并扰乱微生物群落的组成和稳定性。基于PICRUSt2分析和KEGG注释，研究了在GLAM胁迫下附生生物膜中与氮代谢相关的微生物功能变化（Duan等人，2024）。鉴于ICD和GLAM的广泛存在、环境持久性和高水溶性，迫切需要研究ICD和GLAM混合物的水生毒性（Anderson等人，2015）。然而，沉水植物去除ICD和GLAM的能力以及相关微生物降解者的响应仍不甚清楚，影响植物-附生生物膜系统的潜在机制也尚未阐明。
因此，有必要明确沉水植物去除ICD和GLAM的能力，以及在不同ICD和GLAM胁迫下沉水大型植物、营养物质和附生微生物群落的变化。本研究选择了Hydrilla verticillate作为模型生物，因为它具有很强的适应性和快速的生长繁殖能力。通过研究单独使用ICD和同时使用ICD和GLAM时H. verticillata植物的生理状态及附生群落的变化，我们旨在探讨ICD单独使用和与GLAM共同使用对沉水植物生长和水质的影响，以及附生生物膜中细菌和真核生物群落的结构和组成，以及附生生物膜中微生物之间的潜在相互作用。这项研究评估了ICD和GLAM对农业区沉水植物的毒性效应，对于提高水生植物的恢复效率具有重要意义。这为了解沉水植物在农业区恢复的作用提供了实际视角。
实验设计
实验设计
健康的H. verticillata植物（长度25厘米）在装有沉积物（厚度25厘米）和水的容器（尺寸55厘米×60厘米×90厘米）中驯化14天。水、沉积物和植物均来自太湖附近的湿地。吡虫啉和草甘膦铵购自Aladdin Chemical Reagent Network。实验在太湖附近的温室中进行，设置了四个组，包括含有8 mg/L（ICD8）或15
联合污染加剧了氧化应激并对H. verticillata造成了损害
水生植被可以在水生系统中积累大量农药（Mojiri等人，2020）。除草剂GLAM和杀虫剂ICD在环境中的半衰期分别为2-8天（Cui等人，2019）和10.5-15.8天（Zhu等人，1997）。随着时间的延长，ICD的去除率从39.18%增加到59.91%（ICD8组），而从59.65%下降到41.76%（ICD15组）（图1A）。在MIX8和MIX15组中，ICD的去除率分别为37.22-76.32%和52.3-72.08%（图1B），
结论
总之，本研究探讨了ICD单独使用和与GLAM联合使用对H. verticillata的营养物质去除、生理变化和附生微生物群落的影响。结果表明，联合污染比单独使用ICD更严重地加剧了氧化应激和抗氧化反应，对H. verticillata叶片的生态毒性也更大。在MIX处理组中，细菌的α多样性高于ICD处理组，而在真核生物的α多样性方面，ICD处理组更高
CRediT作者贡献声明
张晓丹：撰写——原始草稿、方法学、数据管理、概念构建。张松和：撰写——审阅与编辑、可视化、监督、方法学。郭洪宇：方法学、正式分析。袁文杰：验证、软件使用、方法学。吕鑫：监督、方法学。张婷朗：软件使用、方法学。江帅杰：方法学。
