6PPD与砷复合暴露对绿豆代谢组的协同毒性机制及其农业生态风险研究

本研究首次揭示了橡胶抗氧化剂6PPD与砷(As)复合暴露对绿豆(Vigna radiata)的协同毒性机制。通过生理生化及代谢组学分析，发现As+20 μg L-1 6PPD处理使绿豆地上生物量降低67%，光合参数E、gsw 和A分别降至2.1 μmol m-2 s-1 、0.085 mol m-2 s-1 和0.0064 μmol m-2 s-1 ，ROS和MDA水平提升60-70%，并显著干扰氨基酸代谢通路。该研究为评估新兴污染物对农业系统的复合风险提供了重要依据。

　　

随着橡胶工业的快速发展，N-(1,3-二甲基丁基)-N'-苯基对苯二胺(6PPD)作为关键抗氧化剂被广泛应用于轮胎等橡胶制品。中国2020年6PPD衍生物产量已突破20万吨，但其环境残留问题日益凸显。研究显示，东京道路灰尘中6PPD浓度高达1175 ng g^-1
，水体中其转化产物6PPD-醌(6PPD-Q)浓度可达2.4 μg L^-1
。更值得警惕的是，6PPD常与砷(As)等重金属共存于环境，轮胎磨损颗粒(TWPs)中As含量可达0.01-0.5 mg/kg。虽然6PPD对水生生物（如银鲑）的毒性已有研究，但其对陆生植物特别是农作物的复合毒性机制仍是空白。

针对这一科学问题，中国某研究机构团队在《Journal of Hazardous Materials》发表了开创性研究。通过21天 hydroponic 实验，系统评估了6PPD(1-20 μg L^-1
)与500 μg L^-1
As单独及复合暴露对绿豆(Vigna radiata)的影响。研究采用生理指标测定、抗氧化酶活性分析(SOD/CAT/POD)和LC-MS代谢组学技术，发现复合暴露产生显著协同效应：As+20 μg L^-1
6PPD处理使地上部生物量降至0.5 g（对照1.5 g），根生物量在As+10 μg L^-1
6PPD时仅剩0.15 g。叶绿素含量下降至20.6，光合参数E、g_sw
和A分别降低46%、85%和99%。氧化应激方面，ROS和MDA水平激增60-70%，伴随SOD活性显著升高。代谢组学揭示氨基酸代谢通路严重紊乱，而碳水化合物和脂肪酸代谢代偿性增强以应对能量危机。

【材料与方法】
研究采用 hydroponic 体系培养绿豆幼苗，设置6PPD梯度浓度(1/5/10/20 μg L^-1
)和500 μg L^-1
As单独及复合处理组。通过便携式光合仪测定气体交换参数，分光光度法检测叶绿素和抗氧化酶活性，LC-MS进行非靶向代谢组学分析，结合KEGG通路富集解析代谢扰动机制。

【研究结果】

1. 生长抑制效应：As+20 μg L^-1
   6PPD复合处理导致株高降低40%，根长缩短58%，呈现典型剂量效应关系。
2. 光合系统破坏：复合处理使气孔导度(g_sw
   )降至0.085 mol m^-2
   s^-1
   ，同化速率(A)暴跌至0.0064 μmol m^-2
   s^-1
   ，仅为对照的1%。
3. 氧化应激标志：MDA含量在As+20 μg L^-1
   6PPD组达7.8 nmol g^-1
   FW，较对照提升70%，伴随SOD活性升高2.3倍。
4. 代谢重编程：显著下调谷氨酸/天冬氨酸代谢通路，而上调糖酵解和β-氧化相关代谢物，如蔗糖和棕榈酸含量分别增加2.1和1.8倍。

【结论与讨论】
该研究首次阐明6PPD与As通过"氧化应激-代谢紊乱"轴产生协同毒性。特别值得注意的是，即使环境相关浓度(1 μg L^-1
)的6PPD与As共存时，也会显著抑制植物生长。代谢组学证据表明，污染物干扰了碳氮平衡，迫使植物转向能量密集型代谢模式，这可能是生物量下降的根本原因。鉴于中国是全球最大绿豆生产国，该发现对农产品安全具有警示意义。研究者建议将6PPD纳入农业环境污染物监测体系，并开发针对复合污染的植物修复策略。未来研究需拓展至田间条件，并探究6PPD-Q等转化产物的贡献。