大气中镉沉积的特征及其在含有磺胺甲噁唑的土壤中对小麦（Triticum aestivum L.）幼苗的综合毒理学效应的模拟研究

《Environmental Pollution》：Characterization of atmospheric cadmium deposition and its simulated combined toxicological effects on wheat ( Triticum aestivum L.) seedlings with sulfamethoxazole in soil.

农药 boscalid 与聚乙烯微塑料（PE MPs）的协同毒性效应研究显示，两者联合暴露显著抑制蚯蚓生长并引发氧化应激反应，同时破坏肠道屏障结构，代谢组学分析进一步揭示了多通路紊乱。

　　本研究探讨了农药boscalid（BOS）与聚乙烯微塑料（PE MPs）在土壤中共同存在时对蚯蚓（*Eisenia fetida*）的生态毒性影响。随着现代农业中农药和农业塑料薄膜的广泛使用，这两种物质在土壤中的残留问题日益突出，进而引发了一系列新的环境挑战。研究表明，农药和微塑料在土壤中的共存可能对土壤生态系统产生协同效应，从而加剧其对非目标生物的毒性影响。本研究通过评估蚯蚓在不同浓度BOS和不同粒径PE MPs共同暴露下的生长表现、氧化应激反应、肠道结构变化以及代谢表型，揭示了这些污染物对蚯蚓的复合毒性机制。

### 农药与微塑料的生态影响

农药在农业中被广泛用于病虫害的控制，因其高效性和便捷性而受到青睐。然而，农药在土壤中的残留不仅对土壤环境造成污染，还可能通过食物链影响其他生物，甚至最终威胁人类健康。其中，boscalid作为一种新型的琥珀酸脱氢酶抑制剂（SDHI），因其独特的杀菌机制和广泛的使用而成为全球第三大杀菌剂类别。然而，其在土壤中的降解速度较慢，导致其在生态系统中长期存在，进而引发一系列生态问题。此外，微塑料在农业中的应用也带来了新的污染源。农业塑料薄膜在使用后可能被分解为微塑料，这些微塑料由于其微小的体积和较大的比表面积，能够吸附多种环境污染物，包括重金属、农药和抗生素，从而增强其对生态系统的潜在危害。

### 微塑料的粒径与毒性效应

微塑料的粒径在决定其对生物体的毒性效应方面起着关键作用。研究表明，不同粒径的微塑料对生物体的影响存在显著差异。例如，20微米的PE MPs对成年马铃薯甲虫的生存率影响最大，而10微米的影响最小。粒径较大的微塑料可能因无法进入生物体的系统循环而对肠道菌群和代谢功能产生干扰，而粒径较小的微塑料则可能通过直接的组织损伤和生理紊乱对生物体造成更大的影响。因此，微塑料的粒径成为影响其生态毒性的关键因素之一。

### 实验设计与方法

本研究采用了一系列实验方法来评估BOS和PE MPs对蚯蚓的复合毒性。首先，将蚯蚓置于特定浓度的BOS和不同粒径的PE MPs处理的土壤中，经过14天的暴露后，对其生长表现、氧化应激反应、肠道结构变化以及代谢表型进行系统分析。实验分为多个组别，包括对照组（Ctrl）、单独暴露组（L-BOS、H-BOS、PE15、PE150）以及复合暴露组（L-BOS+PE15、L-BOS+PE150、H-BOS+PE15、H-BOS+PE150）。通过测定抗氧化酶（如超氧化物歧化酶SOD和过氧化氢酶CAT）的活性、抗氧化物质（如谷胱甘肽GSH）的含量以及氧化产物（如丙二醛MDA）的水平，评估了蚯蚓的氧化应激状况。同时，采用H&E染色法对蚯蚓肠道组织进行组织病理学分析，观察其结构变化。此外，通过核磁共振（NMR）代谢组学技术，分析了蚯蚓代谢表型的变化，并结合KEGG代谢通路分析，进一步揭示了这些变化背后的生物学机制。

### 实验结果与分析

实验结果显示，BOS和PE MPs的复合暴露对蚯蚓的生长表现出显著的抑制作用。在所有处理组中，H-BOS+PE150组的抑制率最高，表明高浓度的农药与较大粒径的微塑料共同作用时，对蚯蚓的毒性最为显著。同时，复合暴露组的蚯蚓在氧化应激方面表现出更严重的反应，表现为SOD和CAT活性的显著升高，以及MDA含量的增加。这些变化表明，蚯蚓在应对外源性污染物时，其抗氧化防御系统被激活，但长期的高活性可能导致酶系统的疲劳，进而加剧氧化损伤。

在组织病理学分析中，蚯蚓肠道结构在复合暴露组中出现了明显的破坏，表现为肠道壁变薄、细胞排列紊乱、微绒毛脱落等现象。这些变化不仅影响了蚯蚓的消化功能，还可能对其营养吸收和代谢产生不利影响。此外，代谢组学分析显示，BOS和PE MPs的复合暴露显著改变了蚯蚓的代谢表型，影响了多个关键代谢通路，如丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等。这些通路的变化进一步支持了复合暴露对蚯蚓生理功能的干扰。

### 复合毒性机制的探讨

本研究进一步探讨了BOS和PE MPs复合毒性机制。通过整合生理、生化和代谢指标，分析了蚯蚓对这些污染物的综合反应。结果显示，BOS对蚯蚓代谢表型的影响强于PE MPs，且其毒性具有剂量依赖性，即高剂量的BOS处理组对蚯蚓的毒性更为显著。而PE MPs的毒性则与其粒径密切相关，粒径较大的PE150对蚯蚓的影响大于粒径较小的PE15。此外，研究还发现，BOS和PE MPs的复合暴露在多个方面加剧了蚯蚓的毒性反应，包括生长抑制、氧化损伤和肠道结构破坏。这些结果表明，农药和微塑料的共存可能通过物理和化学的协同作用，导致对蚯蚓的复合毒性效应。

### 代谢通路的干扰

通过KEGG代谢通路分析，研究者进一步揭示了BOS和PE MPs对蚯蚓代谢通路的干扰。结果显示，复合暴露显著影响了多个关键代谢通路，如丙氨酸、天冬氨酸和谷氨酸代谢、甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等。这些通路的变化可能与蚯蚓体内氧化应激反应、肠道屏障功能受损以及代谢紊乱有关。此外，研究还发现，某些代谢物（如丝氨酸、苯丙氨酸）与蚯蚓的生长表现、氧化应激指标和肠道病理变化存在显著相关性。这表明，这些代谢物可能在蚯蚓应对复合污染物时发挥重要作用。

### 研究的意义与局限性

本研究的发现对于理解农药与微塑料在土壤环境中的复合毒性具有重要意义。首先，研究结果表明，农业塑料残留可能作为农药毒性的放大器，加剧其对土壤生态系统的潜在危害。其次，研究强调了农药和微塑料共存对土壤生态安全构成的威胁，提醒人们在农业实践中应更加重视这两种污染物的协同效应。然而，本研究也存在一定的局限性。例如，实验中设定的微塑料浓度为1000 mg/kg，这一数值与实际环境中的污染水平相比偏高，因此可能无法完全反映真实环境中的生态风险。此外，本研究主要关注了农药和微塑料的复合毒性，而未涉及它们与土壤性质之间的相互作用。未来的研究需要进一步探讨土壤性质（如pH值和有机质含量）对污染物毒性的调节作用，以更全面地评估农业污染的生态风险。

### 结论

综上所述，本研究通过系统分析BOS和PE MPs对蚯蚓的复合毒性效应，揭示了这两种污染物在土壤环境中的协同作用及其对蚯蚓生理功能的破坏。研究结果表明，农药与微塑料的共存可能显著加剧对土壤生态系统的毒性影响，尤其是对蚯蚓的生长、氧化应激反应和肠道结构造成严重影响。因此，有必要加强对农药与微塑料共存情况的环境监管，以减少其对土壤生态系统的潜在危害。本研究为评估农业污染物的复合生态风险提供了新的理论依据和实践指导。