灌溉水中塑化剂污染对小麦生长代谢的双重效应：DBP与DEHP的残留特性及毒性机制解析

针对农业灌溉水中塑化剂污染对作物安全的潜在威胁，西北农林科技大学团队系统研究了邻苯二甲酸二丁酯（DBP）和邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）在小麦中的积累规律与毒性效应。研究发现低浓度塑化剂促进小麦生长而高浓度抑制，并通过代谢组学揭示其对三羧酸循环（TCA）关键代谢物（如富马酸和L-苹果酸）的干扰机制，为农业水安全风险评估提供了重要依据。

　　

现代农业面临着一个隐形威胁：随着塑料制品的大量使用，塑化剂正通过灌溉水悄悄入侵农田。邻苯二甲酸酯（PAEs）作为最常见的塑化剂，占全球消费量的85%，其中邻苯二甲酸二丁酯（DBP）和邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（DEHP）因广泛用于农膜而成为环境中的“常客”。这些物质像“隐形胶水”一样从塑料中渗出，进入水体和土壤，最终被农作物吸收。更令人担忧的是，农业用水占全球总用水量的75.3%，而中国设施农业土壤中DBP和DEHP含量已占PAEs总量的76.7%。这些化学物质是否会通过“水-土-作物”链条进入食物系统？它们对作物生长是“营养剂”还是“毒药”？这些问题直接关系到粮食安全与人类健康。

为解答这些疑问，西北农林科技大学的研究团队以小麦为模式作物，模拟真实农业灌溉场景，系统探究了不同浓度DBP和DEHP（0.01-100 mg/L）对小麦生长、代谢及污染物迁移规律的影响。研究采用气相色谱-质谱（GC-MS）检测塑化剂残留，结合超高效液相色谱-质谱（UHPLC-MS）非靶向代谢组学技术，解析了关键代谢通路的变化。成果发表在环境毒理学权威期刊《Ecotoxicology and Environmental Safety》上。

3.1 DBP和DEHP对小麦生长的双重效应
研究呈现典型的“低促高抑”现象：0.01 mg/L DBP使小麦株高增加3.06%，而100 mg/L时降低14.48%；DEHP在0.01 mg/L时促进株高7.50%，但100 mg/L时抑制12.09%。这种剂量依赖性同样体现在生物量（地上部干重）和叶绿素含量上——低浓度DBP使叶绿素b提升16.45%，而高浓度降低19.99%。值得注意的是，DEHP对生长的抑制强度大于DBP，可能与长链结构的更高毒性有关。

3.3 塑化剂的迁移与积累特性
通过生物富集因子（BCF）和转移因子（TF）分析，揭示了两种塑化剂的“性格差异”：DEHP在土壤中残留量（1.795 mg/kg）是DBP（0.669 mg/kg）的2.7倍，印证其长碳链导致的难降解性；但DBP表现出更强的迁移能力（TF=0.933），其从根向叶的转移效率是DEHP（TF=0.499）的1.9倍。这种差异源于DBP较小的分子量和较低的疏水性，使其更易在植物体内运输。

3.5 代谢组学揭示TCA循环紊乱
在1283种检测代谢物中，富马酸（fumaric acid）和L-苹果酸（L-malic acid）的同步下调最为显著。这两种三羧酸循环（TCA）关键中间体在DBP处理的小麦根中分别降低1.8和2.1倍，在DEHP处理的叶片中降低2.3和1.9倍。KEGG通路分析进一步显示，TCA循环（tae00020）、丙酮酸代谢（tae00620）和氧化磷酸化（tae00190）均受到显著干扰。研究者推测，塑化剂可能通过抑制琥珀酸脱氢酶（SDH）和富马酸酶（FUM）活性，阻断能量代谢流，这与重金属胁迫下的代谢响应截然不同。

4.2 环境行为与风险评估
讨论部分强调了DEHP的环境持久性风险——其苯环结构和长酯链导致半衰期延长，而DBP的高迁移性则可能加速污染物向可食用部位的转移。与甜菜（BCF=7.05）等作物相比，小麦对PAEs的吸收能力较弱（DEHP BCF=0.17），但持续灌溉造成的土壤累积仍不可忽视。研究特别指出，中国部分区域灌溉水PAEs浓度已达μg/L~mg/L级，与实验中产生毒性的浓度范围重叠。

这项研究首次系统阐释了灌溉水塑化剂污染对作物的“双刃剑”效应，建立了从生理表型到分子机制的完整证据链。其创新性在于：① 发现低浓度PAEs的“兴奋效应”可能干扰传统风险评估；② 揭示DBP与DEHP在植物体内迁移的分子尺寸效应；③ 提出TCA循环代谢物可作为塑化剂污染的早期生物标志物。研究成果为制定农业用水PAEs限值标准提供了科学依据，对保障粮食安全具有重要实践意义。未来研究可结合转录组与酶活性测定，深入解析SDH/FUM的调控机制，并探索不同作物品种的耐受性差异。