全氟化合物与紫外老化聚乳酸微塑料联合胁迫下沉水植物的响应机制及生态风险评估

本研究针对传统/替代性全氟化合物(PFOA/PFBA/GenX)与生物可降解微塑料(PLA/UPLA MPs)复合污染问题，通过21天水培实验结合IBR和PLS-SEM分析，揭示PFOA对苦草(V. natans)生长抑制最强，紫外老化微塑料可缓解PFOA毒性但加剧GenX危害，为评估新型污染物生态风险提供理论依据。

　　

随着全球对全氟辛酸(PFOA)等长链全氟化合物的严格管控，短链替代品如全氟丁酸(PFBA)和新型聚氟化合物GenX被广泛应用，但其生态安全性仍存争议。与此同时，生物可降解聚乳酸微塑料(PLA MPs)及其紫外老化产物(UPLA MPs)在水环境中与全氟化合物(PFAS)形成复合污染，对水生生态系统构成潜在威胁。沉水植物作为淡水生态系统的"水下森林"，其响应机制研究却相对匮乏。

郑州大学生态与环境学院的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表的研究，首次系统揭示了传统与替代PFAS单独及与微塑料复合暴露对苦草(V. natans)的多层次影响。研究采用21天 hydroponic experiment（水培实验），结合integrated biomarker response (IBR)指数和partial least squares-structural equation modeling (PLS-SEM)分析，从生理生化、微生物组学和代谢组学三个维度解析了污染物相互作用机制。关键技术包括：紫外辐射加速老化制备UPLA MPs、高通量测序分析叶面附生微生物群落、非靶向代谢组学检测植物代谢通路变化，以及基于SEM的结构方程模型构建污染物相互作用网络。

材料表征发现：紫外老化使PLA MPs粒径减小、表面裂纹增加（图S1-S3），比表面积增大导致污染物吸附特性改变。

生理响应显示：PFOA对苦草生物量、叶绿素和营养吸收的抑制强度显著高于PFBA和GenX。PLA MPs会增强PFAS毒性并降低SOD等抗氧化酶活性，而UPLA MPs表现出双重效应：缓解PFOA/PFBA毒性但加剧GenX危害。

微生物组分析：PFOA暴露组微生物α多样性降幅达32.5%，显著高于替代品组。菌群功能预测表明，UPLA MPs改变了PFAS降解相关菌群的相对丰度。

代谢调控机制：非靶向代谢组揭示GenX单独暴露会激活酪氨酸代谢通路（2.3倍上调），但该效应被PLA/UPLA MPs完全抑制。PLS-SEM模型进一步证实，原始PLA MPs对PFOA呈拮抗作用（路径系数-0.37），对PFBA却表现为协同效应（0.42）；而UPLA MPs与GenX存在显著协同作用（0.51）。

这项研究创新性地提出"微塑料老化程度决定PFAS复合污染作用方向"的理论：紫外老化通过改变MPs表面物化性质，使其从PFAS载体转变为调节剂。该发现为解释环境样品中PFAS-MPs复合体生物效应变异提供了关键机制，对完善新型污染物生态风险评估框架具有重要价值。研究建立的IBR-SEM整合评估模型，可推广应用于其他沉水植物对新兴污染物的响应预测，为水域生态修复提供科学依据。特别值得注意的是，GenX与UPLA MPs的协同毒性提示，所谓"绿色替代品"在真实环境中的风险可能被严重低估，这对全球PFAS管控政策制定具有警示意义。