《Journal of Hazardous Materials》：Toxicity Orchestrated by Alkyl Chain Length of Plasticizers and Exposure Time: Transfer Mechanisms of Microplastic-Plasticizer Co-contamination across the Full Life Cycle of Rye
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微塑料（MPs）与邻苯二甲酸酯（PAEs）复合污染对水稻生长的影响及机制研究。通过短期水培和长期土壤培养实验，结合多组学分析，发现毒性呈现“时间-介质-烷基链长”依赖性：短期短链DEP与MPs协同毒性最强，抑制生长并致叶绿体损伤；长期长链DEHP与MPs复合污染显著降低分蘖数和籽粒重（分别减少50%和38.16%），种子中MPs累积达0.217±0.231 mg/kg。机制表明MPs通过范德华力（结合能-10.74 kcal/mol）增强PAEs生物可利用性，激活MAPK信号通路和AsA-GSH循环，但抑制光合及氮代谢相关基因，引发MDA水平2.3倍升高，造成氧化应激和生殖发育受阻。为农田灌溉水和地下水风险评估提供依据。
Jinke Hu|Ningning Xing|Guozhang Bao|Yiyang Li|Chen Qin|Xinyi Liu|Wenjie Ma|Shoujat Ali
教育部地下水资源与环境重点实验室（吉林大学）；吉林省水资源与环境重点实验室；吉林大学新能源与环境学院，长春，130012，中国
摘要
微塑料（MPs）和邻苯二甲酸酯（PAEs）对水资源的污染日益引发人们对农业用水安全和地下水质量的担忧。本研究通过短期水培实验和长期实验，探讨了不同烷基链长度的邻苯二甲酸酯（DEP、DBP、DEHP）与聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）组合对黑麦（Secale cereale L.）的毒性影响。结合多组学分析，发现毒性作用明显受到“时间-介质-烷基链长度”的影响。短期水培实验表明，短链DEP与微塑料的组合毒性最强，显著抑制了植物生长并导致叶绿体严重损伤。在长期实验中，长链DEHP与微塑料的组合产生了最大的不良影响，使分蘖数减少了50%，籽粒重量下降了38.16%，抽穗期推迟，并在种子中积累了微塑料（0.217±0.231 mg/kg）。从机制上看，微塑料作为邻苯二甲酸酯的“载体”，通过范德华相互作用（DEHP的结合能为-10.74 kcal/mol）提高了其在水环境和土壤孔隙水中的生物可利用性。共同暴露激活了MAPK信号通路和AsA-GSH循环等防御机制，但抑制了光合作用和氮代谢相关基因，导致氧化应激加剧（MDA增加了2.3倍），并影响了生殖发育。这些发现突显了PAE-微塑料复合污染对农业灌溉系统和地下水的风险，为农田环境中的水质风险评估提供了重要依据。
引言
微塑料（MP）污染是一种普遍的环境威胁，已在海洋、陆地和大气系统中得到证实[1]、[2]。在农业生态系统中，微塑料主要来源于塑料薄膜残留物、污水灌溉和有机肥料的使用。它们的持久性会改变土壤性质和微生物功能，但目前仍存在关键知识空白[3]。当前研究的一个主要局限是实验条件与实际环境条件的差异。许多研究使用的微塑料浓度过高，无法反映真实环境中的暴露水平。此外，虽然已知微塑料可作为共污染物的载体，但在复合污染系统中的相互作用机制——尤其是与邻苯二甲酸酯（PAEs）的相互作用——尚未得到充分理解，尤其是在整个作物生命周期内。
同样，邻苯二甲酸酯（PAEs）的污染也对农业安全构成严重威胁[4]。尽管PAEs普遍存在且具有持久性，但其在植物系统中的研究相对较少，尤其是与哺乳动物毒理学相比。许多研究仅关注短期高剂量暴露，忽视了环境相关浓度下的长期生态效应[5]。此外，现有研究通常单独研究PAEs，忽略了它们与其他常见污染物（如微塑料）的联合效应。特别是，PAE的烷基链长度（如短链DEP与长链DEHP）对其在植物中的积累和毒性的影响尚未得到系统研究，缺乏从种子到种子的整个生命周期观察[6]、[7]。
黑麦（Secale cereale L.）具有高生物量、对污染物敏感的特性，同时作为粮食和饲料作物，是研究农业环境中复合污染生态毒性的理想模型[8]。本研究通过结合短期水培实验和长期实际浓度土壤培养实验，旨在填补这些研究空白。该工作的创新贡献有四点：（1）系统阐明了不同烷基链长度的PS-MPs与PAEs之间的协同/拮抗机制，超越了单一污染物的研究方法；（2）唯一地跟踪了这些污染物在整个黑麦生长周期（从发芽到种子成熟）中的动态积累和毒理效应；（3）定量评估了复合污染对黑麦籽粒质量和安全性的影响，以及微塑料作为PAE吸收载体的作用；（4）建立了从分子水平响应到生态水平结果的全面风险评估框架。通过弥合受控实验室研究与实际田间条件之间的差距，这项研究为理解作物中微塑料-PAE复合污染的机制提供了关键见解。
塑料特性
聚苯乙烯微塑料（PS-MPs）是通过模拟自然机械磨损获得的。具体来说，使用振动球磨机（Bona Machinery Co., Ltd., 上海，中国）对聚苯乙烯塑料制品进行机械磨损处理，以获得与自然环境中产生的颗粒非常相似的颗粒。颗粒大小和形态通过Talos F200C透射电子显微镜（Thermo Fisher Scientific, 美国）进行检测。
短期暴露下烷基链长度增塑剂与微塑料对黑麦的协同毒性效应
本研究探讨了不同烷基链长度的邻苯二甲酸酯（PAEs）与微塑料（MPs）共同污染对黑麦的毒性。结果表明：烷基链越短，植物毒性越强，无论是单独的PAEs还是与MPs的组合。具体而言，短链DEP对黑麦生物量的抑制作用最为显著。如图1B所示，DEP处理组地上部和根部的干重减少了89.10%
结论
本研究旨在系统探讨微塑料-邻苯二甲酸酯（MPs-PAEs）复合污染对黑麦（Secale cereale L.）整个生命周期的毒性效应及其潜在机制。我们的发现揭示了毒性主导性的“反转”现象：在短期水培暴露下，短链PAEs（如DEP）表现出更高的毒性；而在长期土壤培养条件下，长链PAEs（如DEHP）与MPs的组合毒性更为明显
环境影响
微塑料（MPs）和邻苯二甲酸酯（PAEs）的复合污染对农业用水安全和作物生产构成严重威胁。本研究在黑麦上的结果表明，毒性作用明显受到“时间-介质-烷基链长度”的影响。短期暴露下，短链DEP与微塑料的组合毒性最强，抑制了植物生长并损伤了叶绿体；而长期暴露下，长链DEHP与微塑料的组合导致分蘖数减少了50%，籽粒产量减少了38%
作者贡献
Jinke Hu负责概念构思、正式分析、实验研究、初稿撰写和审稿编辑；Ningning Xing参与实验研究和数据整理；通讯作者Guozhang Bao*负责概念构思、资源协调、监督、资金获取和手稿审稿；Wenjie Ma负责数据验证和可视化处理；Qinan Ban参与实验研究；Yujia Mou负责数据整理
作者贡献声明
Shoujat Ali： 数据整理。
Wenjie Ma： 数据整理。
Guozhang Bao： 数据整理。
Ningning Xing： 数据整理。
Jinke Hu： 资金获取、正式分析、数据整理。
Xinyi Liu： 数据整理。
Chen Qin： 数据整理。
Yiyang Li： 数据整理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号32371777）和吉林省科技发展计划重点项目（项目编号20250203129SF）的支持。
