土壤中银纳米颗粒对蚯蚓（Eisenia fetida）的跨代影响

《Applied Soil Ecology》：Transgenerational effects of silver nanoparticles in soil to earthworms ( Eisenia fetida)

银纳米颗粒（AgNPs）在1和10 mg/kg浓度下对蚯蚓及其后代产生母体传递和跨代效应，导致子代数量减少但个体体重增加，同时诱发氧化应激和代谢紊乱。代谢组学分析显示，AgNPs和AgNO3通过干扰氨基酸酰-tRNA合成及能量代谢影响繁殖能力。研究强调了评估AgNPs在陆地生态系统中的长期风险的重要性。

　　银纳米颗粒（AgNPs）因其独特的物理化学性质和广泛应用，在农业、医疗、工业等领域发挥着重要作用。然而，随着AgNPs在环境中的释放，其对土壤生态系统可能产生的潜在负面影响也引起了广泛关注。特别是，AgNPs可能通过多种途径进入土壤，包括作为含银肥料、植物保护剂以及污泥改良剂使用。由于土壤中的生物多样性，AgNPs对土壤中的无脊椎动物，如蚯蚓，可能产生深远的影响。作为土壤生态系统中的关键物种，蚯蚓不仅在土壤健康和肥力维持中扮演重要角色，还在改善土壤结构、促进养分循环等方面发挥着重要作用。因此，研究AgNPs对蚯蚓的影响，尤其是其母体传递和跨代效应，对于评估其在陆地生态系统中的长期生态风险具有重要意义。

在本研究中，科学家们对AgNPs在土壤中的毒性进行了深入探讨。他们选择了两种典型的AgNPs浓度（1 mg/kg和10 mg/kg）来评估其对蚯蚓的影响，并进一步研究了其对未暴露后代的母体传递效应以及跨代影响。研究结果表明，暴露于AgNPs的蚯蚓在体内积累了显著的银含量，分别达到0.85 ± 0.15 mg/kg和4.15 ± 1.17 mg/kg，而对照组（CK）的银含量仅为0.15 ± 0.03 mg/kg。这一发现表明，AgNPs在土壤中的积累是浓度依赖性的，且其生物累积性可能比银离子（AgNO?）更强。此外，研究还发现，AgNPs暴露导致了蚯蚓体内显著的氧化应激反应，表现为超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性的降低，以及谷胱甘肽（GSH）浓度的增加。这些结果与AgNPs-HD和AgNO?-HD处理下观察到的表皮损伤相一致，进一步证实了AgNPs对蚯蚓的毒性作用。

母体传递效应的评估结果显示，暴露于AgNPs的蚯蚓将部分银转移到未暴露的后代中。具体而言，在AgNPs-HD处理下，未暴露后代的银含量为0.20 ± 0.04 mg/kg，而在AgNO?-HD处理下，未暴露后代的银含量为0.19 ± 0.06 mg/kg。这表明，AgNPs的母体传递效率显著高于AgNO?。然而，这一效率差异的原因尚不明确，可能与Ag在蚯蚓生殖器官中的分布有关。例如，在鱼类研究中，AgNPs主要集中在卵囊中，而AgNO?则主要分布在卵巢中。因此，AgNPs的母体传递效率较高可能是其特定的生物分布特性所致。

研究还发现，AgNPs的暴露不仅影响了蚯蚓的繁殖能力，还对后代的个体生长和数量产生了显著影响。在AgNPs-HD处理下，未暴露后代的数量显著减少，分别达到CK-F1（173个个体）的17.7%、28.2%、25.3%和32.8%。同时，这些后代的个体鲜重显著增加，从CK-F1的0.016 g提升至AgNPs-HD-F1和AgNO?-HD-F1的0.029 g和0.024 g。这一现象可能与AgNPs暴露后蚯蚓体内发生的代谢紊乱有关，特别是与氨基酸合成和能量代谢的干扰密切相关。研究通过代谢组学分析发现，AgNPs和AgNO?暴露均显著改变了蚯蚓体内的代谢物组成，影响了多个关键代谢通路，包括氨基酸合成、糖代谢、维生素代谢等。这些变化可能与蚯蚓繁殖能力的下降有关，因为氨基酸合成的干扰可能导致蛋白质合成受阻，从而影响生殖细胞的形成和质量。

此外，研究还揭示了AgNPs暴露对蚯蚓后代抗氧化防御系统的影响。在未暴露的后代中，SOD和CAT活性显著降低，而GSH浓度则升高。这一结果表明，AgNPs的母体传递可能激活了后代的抗氧化防御机制，以应对来自父母的氧化应激。然而，这种机制可能不足以完全抵消AgNPs带来的毒性，导致后代出现生长受限或繁殖能力下降。研究还发现，AgNPs对后代的氧化应激可能与父母体内发生的代谢紊乱有关，例如糖代谢的改变和蛋白质分解的增加。这些变化可能通过母体传递影响后代的生理状态，从而导致其生长和繁殖能力的下降。

研究的另一重要发现是，AgNPs对蚯蚓的母体传递和跨代效应可能通过多种机制实现。首先，AgNPs可能通过直接接触或吸收进入蚯蚓的表皮和体内组织，从而引发氧化应激和代谢紊乱。其次，AgNPs可能通过影响蚯蚓的生殖系统，如卵囊和精子的形成，间接影响后代的数量和健康状况。此外，AgNPs还可能通过改变蚯蚓的基因表达或表观遗传调控，影响后代的生理功能。例如，有研究表明，AgNPs暴露可能导致蚯蚓体内某些关键基因的表达水平发生变化，从而影响其后代的代谢能力和抗氧化能力。

研究还指出，AgNPs对土壤生态系统可能产生更广泛的生态影响。由于蚯蚓在土壤生态系统中的重要性，其繁殖能力的下降可能对土壤中的养分循环和生态平衡产生不利影响。例如，蚯蚓的减少可能导致土壤有机碳的积累减少，从而影响土壤的肥力和结构。此外，AgNPs的母体传递和跨代效应可能通过影响蚯蚓的繁殖和生长，间接改变土壤中的生物多样性，进而影响整个生态系统的稳定性。

综上所述，本研究揭示了AgNPs对蚯蚓的母体传递和跨代效应，并探讨了其潜在的机制。这些发现不仅有助于理解AgNPs在土壤生态系统中的生态风险，也为进一步研究其对其他土壤生物的影响提供了重要参考。未来的研究应进一步探讨AgNPs对蚯蚓生殖系统和代谢过程的具体影响机制，以及其在不同土壤条件下的行为变化。此外，还需关注AgNPs对土壤中其他生物的潜在影响，以全面评估其在环境中的生态风险。