编辑推荐：
【编辑推荐】为探究橡胶工业抗氧化剂 6PPD 对陆生植物的影响，研究人员以小麦为对象，分析其在 10~400 μg/L-1 6PPD 处理下的发芽、生长、氧化应激及代谢响应。发现 6PPD 显著抑制发芽率、诱导 ROS 积累、干扰脂肪酸和碳水化合物代谢，揭示其对作物的生态风险。
轮胎在现代交通中不可或缺，但其使用过程中释放的化学物质却可能对生态环境暗藏威胁。橡胶工业广泛使用的抗氧化剂 N-(1,3 - 二甲基丁基)-N′- 苯基 - p - 苯二胺（6PPD），随着轮胎磨损颗粒（TWPs）进入土壤、水体等环境介质，已成为一种新兴污染物。尽管已有研究关注其对水生植物的毒性，如抑制轮叶黑藻、凤眼莲等的生长并诱导氧化应激，但对陆生作物，尤其是作为全球三大主粮之一的小麦（Triticum aestivum L.）的影响却鲜为人知。在中国，大量污泥作为肥料施用于农田，而污泥中常含有 TWPs，这使得 6PPD 通过农业途径进入土壤的风险显著增加。若 6PPD 影响小麦生长，不仅可能威胁粮食产量，还可能通过食物链传递影响人类健康。因此，探明 6PPD 对小麦的毒性效应机制迫在眉睫。
西北农林科技大学的研究人员针对这一科学问题，开展了 6PPD 对小麦毒性效应的系统性研究。该研究成果发表在《Environmental Chemistry and Ecotoxicology》，为评估 6PPD 的生态风险及保障农业系统安全提供了关键数据支撑。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
- 种子发芽实验：将小麦种子经表面灭菌后，置于含 10、50、100、200、400 μg/L-1 6PPD 的培养环境中，通过计算发芽指数（GI）、相对发芽率（RSG）、幼苗活力指数等指标，评估 6PPD 对发芽阶段的影响。
- 水培实验：利用 25% Hoagland 溶液培养小麦幼苗，施加不同浓度 6PPD 处理 21 天，测定株高、生物量、叶绿素含量（SPAD 值）及生长介质 pH 变化。
- 氧化应激分析：采用商业试剂盒检测活性氧（ROS）、丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化酶活性。
- 营养元素测定：通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析叶片和根系中铜（Cu）、镁（Mg）、锰（Mn）、锌（Zn）等元素的含量变化。
- 代谢组学分析：利用气相色谱 - 质谱联用（GC-MS）技术，对小麦组织中的代谢物进行定性和半定量分析，结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和通路富集分析，解析 6PPD 诱导的代谢变化。
3.1 6PPD 对种子发芽的影响
实验表明，6PPD 对小麦种子发芽具有显著抑制作用，且呈浓度依赖性。当 6PPD 浓度为 400 μg/L-1时，发芽指数（GI）较对照组下降 46.95%，相对发芽率（RSG）降低 57.73%。同时，幼苗活力指数在 200 和 400 μg/L-1处理组显著下降，芽长减少 14.70%，而根伸长则未受明显影响。这说明 6PPD 主要通过干扰种子的生理代谢功能，抑制早期萌发和幼苗生长。
3.2 对幼苗生长参数和叶绿素含量的影响
高浓度（400 μg/L-1）6PPD 处理使小麦幼苗的叶绿素相对含量（SPAD 值）降低 12.95%，地上部生物量减少 27.96%，表明光合作用效率受到抑制。根系长度在 50 μg/L-1处理时显著缩短 42.71%，但根生物量未受显著影响，可能与植物通过调整生长分配以适应胁迫有关。此外，处理组生长介质 pH 显著降低，暗示根系可能通过分泌有机酸应对 6PPD 胁迫。
3.3 抗氧化酶活性变化
叶片中，ROS 含量随 6PPD 浓度升高显著增加，400 μg/L-1时达到峰值（增加 131.11%），而 SOD、POD 活性则显著下降，分别降低 24.58% 和 53.37%，表明叶片的抗氧化防御系统被破坏。根系中，低浓度 6PPD（50 μg/L-1）诱导 SOD 活性升高 61.59%，但高浓度（400 μg/L-1）时 CAT 活性下降 75.41%，显示根系与叶片对 6PPD 的响应存在组织特异性。
3.4 对植物营养元素的影响
营养元素分析呈现双相响应：低浓度 6PPD（10~100 μg/L-1）可促进叶片中 Cu、Mg、Mn、Zn 的积累，如 10 μg/L-1时 Cu 含量增加 139.85%；但高浓度（200~400 μg/L-1）则导致 Cu 含量显著下降（降幅达 89.40%~91.17%）。根系中，100 μg/L-1处理使 Cu 含量升高 165.86%，而 50 μg/L-1时 Zn 含量降低 30.78%，表明 6PPD 可能通过干扰金属稳态影响植物代谢。
3.5 抗氧化酶与理化参数的相关性分析
相关性分析显示，ROS 含量与 SOD、POD 活性及叶绿素含量呈显著负相关，表明氧化应激直接抑制抗氧化酶功能并损害光合作用。此外，SOD 活性与根系重量、部分微量元素（Mn、Mg、Zn）呈负相关，暗示植物在胁迫下需权衡抗氧化防御与生长资源分配。
3.6 代谢响应分析
代谢组学结果显示，6PPD 显著干扰脂肪酸、碳水化合物和氨基酸代谢。叶片中，十六烯酸、十八烷酸等脂肪酸含量下降，而丝氨酸、甘氨酸等 D - 氨基酸代谢产物增加，可能与植物试图通过增强代谢灵活性应对胁迫有关。根系中，葡萄糖、蔗糖水平升高以提供能量，同时苯丙氨酸代谢受抑，影响抗氧化物质合成。通路分析表明，叶片中不饱和脂肪酸生物合成、柠檬酸循环（TCA）等通路被显著扰动，根系则涉及苯丙氨酸代谢和戊糖磷酸途径的改变。
结论与讨论
本研究首次系统揭示了 6PPD 对小麦的多重毒性机制：通过抑制种子萌发、诱导氧化应激、干扰营养元素稳态及重塑代谢通路，显著影响小麦的生长与代谢。研究发现，即使在环境相关浓度下，6PPD 仍可对作物产生不利影响，尤其是高浓度处理导致的抗氧化系统崩溃和光合作用抑制，可能直接威胁粮食产量。此外，代谢通路的改变表明植物虽试图通过调整代谢适应胁迫，但高剂量 6PPD 仍会引发不可逆的生理损伤。
该研究不仅填补了 6PPD 对陆生作物毒性效应的认知空白，也为评估轮胎磨损颗粒衍生污染物的生态风险提供了重要依据。鉴于 6PPD 通过污泥农用、道路径流等途径进入农田的潜在风险，未来需进一步开展长期暴露实验，探究其在土壤 - 植物系统中的累积效应及对食物链的影响。同时，开发抗 6PPD 胁迫的作物品种或土壤修复技术，可能成为缓解其环境危害的关键策略。本研究为保障农业生态安全和食品安全提供了科学基础，也呼吁加强对橡胶添加剂环境行为的监管与管控。
