微塑料介导砷毒性对水稻砷生物有效性及吸收转运的基因型差异影响机制研究

推荐：本研究针对农田中微塑料(MPs)与砷(As)复合污染问题，通过分析聚乙烯(PE)/聚乳酸(PLA)与As共暴露对两种基因型水稻生长特性、As积累及微生物群落的影响，发现低As浓度下MPs与As呈拮抗效应，高浓度则表现协同毒性，且PE对水稻As吸收转运的调控作用强于PLA。该研究为土壤-植物系统中传统/可降解MPs与As的复合毒性机制提供了新见解。

　　

随着塑料制品的广泛使用，微塑料（Microplastics, MPs）已成为全球性环境污染物，其在农田系统中的累积与重金属砷（Arsenic, As）的复合污染对作物安全构成严重威胁。尤其在水稻种植区，As通过食物链富集对人类健康产生致癌风险，而可降解塑料如聚乳酸（Polylactic acid, PLA）作为传统聚乙烯（Polyethylene, PE）的替代品，其环境行为尚未明确。目前关于MPs如何影响不同基因型水稻对As的吸收差异，以及MPs类型（传统/可降解）在土壤-植物系统中的交互作用机制仍存在研究空白。

四川农业大学的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表论文，通过盆栽实验探究PE/PLA与As（30/90 mg kg^?1
）对低积累品种"Yakang 2A"和高积累品种"Yahui 2119"的复合效应。研究采用扫描电镜(SEM)和傅里叶红外光谱(FTIR)表征MPs特性，通过ICP-MS测定As含量，结合土壤酶活性检测和16S rRNA测序分析微生物群落。

3.1 MPs表征
SEM显示PE呈不规则球状而PLA为多孔结构，As吸附后PE表面裂纹增多，PLA孔隙被填充。FTIR证实PLA含更多含氧基团，zeta电位表明PLA分散性更优，这与其更强的As吸附能力相关。

3.2 水稻生长响应
As₉₀
使2119根生物量降低227.84%，显著高于2A(107.43%)。MPs缓解As毒性，PLA使2A/2119地上部生物量分别增加74.30%/36.15%，且PLA的缓解效果优于PE，可能与PLA的物理损伤较小有关。

3.3 As吸收与形态转化
As₃₀
下PE使2119根/茎As含量降低17.04%/16.69%，而As₉₀
时PE反使2A茎As含量较PLA高16.54%。MPs通过竞争吸附位点和促进铁膜(DCB-Fe)形成抑制低As下的吸收，但在高As下促进残态As向有效态(F1-F3)转化，其中PE使2A土壤有效态As占比提升17%。

3.4 生理响应
As₉₀
PE使2A总叶绿素降低35.23%，高于PLA(11.45%)。PE诱导更高POD/SOD活性，但2119的抗氧化酶响应弱于2A，显示基因型差异。值得注意的是，As₉₀
MPs使2119丙二醛(MDA)含量降低10.73-12.34 nmol g^?1
FW，提示膜脂过氧化损伤存在阈值效应。

3.5 微生物群落
PE增加2A土壤OTUs数量，而PLA降低2119的微生物丰度。PLA特异性富集脱硫杆菌门(Desulfobacterota)，PE则独特促进拟杆菌门(Bacteroidota)增殖。Massilia和Flavisolibacter等菌属与As含量显著正相关，可能通过调控根际微环境影响As吸收。

该研究揭示MPs通过"竞争吸附-铁膜调控-微生物介导"三重机制影响As生物有效性：低As下MPs作为"缓冲剂"降低植物吸收，高As时转为"放大器"增强毒性。PLA因含氧基团丰富和易降解特性，其环境风险低于PE。研究创新性指出高积累品种2119对复合污染更敏感，为农田MPs与As的协同管控提供理论依据，同时强调在评估可降解塑料生态风险时需考虑作物基因型差异。这些发现对制定污染农田安全利用策略和转基因作物培育具有重要指导价值。