《Journal of Hazardous Materials》：Combined Exposure to Polyethylene Microplastics, Copper, and Di(2-Ethylhexyl) Phthalate Reconfigures Component-Specific Internal Exposure Profiles and Triggers Cross-Level Biological Responses in Earthworms
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•联合暴露重塑了PE、DEHP和Cu的内部暴露剖面。•内部污染物负荷与宿主和微生物响应相关。•联合暴露下肠道微生物网络组织发生变化。•预测的微生物功能和肠道代谢组学剖面因处理而改变。•内部负荷再分布与跨层级生态毒性相关。引言农田-湿地界面接收来自农业活动的颗粒、金属和有机污染
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联合暴露重塑了PE、DEHP和Cu的内部暴露剖面。
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内部污染物负荷与宿主和微生物响应相关。
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联合暴露下肠道微生物网络组织发生变化。
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预测的微生物功能和肠道代谢组学剖面因处理而改变。
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内部负荷再分布与跨层级生态毒性相关。
引言
农田-湿地界面接收来自农业活动的颗粒、金属和有机污染物，并介导其向受纳生态系统的转移[19]。径流、颗粒输运、水文波动和生物扰动促进其迁移和转化[18]，[54]，[65]。尽管湿地能够拦截和转化污染物，但长期滞留会促进沿湿地边缘的积累[40]，导致这些区域充当临时汇，并在环境条件变化时成为联合污染物的潜在二次源[14]。共存的污染物因此可能通过吸附、络合和生物转化进行相互作用[3]。
聚乙烯（PE）是一种源自农用薄膜的主要微塑料，具有疏水性、持久性，并且能够与共存污染物相互作用[4]。老化会改变PE表面性质及其对金属和疏水性有机物的亲和力[49]。由土壤代谢物和有机质形成的生态层可进一步调节这些界面相互作用[2]，[82]。邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯（DEHP）是一种疏水性增塑剂，持续从聚合物中释放，并在颗粒、有机质和生物体之间分配[63]。塑料添加剂也可能改变微塑料表面的活性位点[42]。铜（Cu）源自农药、肥料和饲料添加剂，在农业土壤和湿地边缘积累[7]。Cu可通过静电吸附和表面络合与老化PE结合[48]。当PE、DEHP和Cu共存时，它们可能竞争位点或改变界面性质，从而改变吸附、解吸和生物可利用性[13]，[7]。因此，微塑料载体效应具有情境依赖性[67]，[81]，使这些污染物构成一个相互作用的系统而非独立的胁迫因子。
PE可在土壤动物中引发氧化应激、组织损伤、代谢紊乱和生殖毒性[26]，[47]，而DEHP和Cu则破坏膜功能、氧化还原平衡、内分泌信号和金属稳态[37]，[48]。然而，单一污染物的响应无法预测混合物毒性，因为微塑料可改变共污染物的吸附和生物可利用性[86]。老化微塑料改变Cd毒性，微塑料与2,4-D联合暴露可增加农药积累并重塑肠道微生物群落和代谢剖面（[10]，[59]；Zhang, J. et al., 2024）。因此，名义外部浓度可能并不代表生物体实际经历的内部暴露。
赤子爱胜蚓（Eisenia fetida）是土壤生态毒理学中已确立的模式生物，也是重要的生态系统工程师[46]，[56]。取食和掘洞行为使蚯蚓暴露于溶解态和颗粒态污染物，并促进微塑料的输运[23]。摄入的微塑料损害生理功能并改变肠道微生物群（Li, T. et al., 2024; Zhang, J. et al., 2024）。因此，肠道是将污染物、宿主稳态和微生物响应联系起来的关键界面[15]。其理化环境促进解吸、生物转化和微生物选择[76]。肠道群落对污染的敏感性可能高于周围土壤群落[39]，且其重构常与宿主代谢变化同时发生[15]，[8]。
仍存在三个差距。首先，很少有研究同时量化颗粒、金属和有机物的内部暴露指标。其次，宿主表型和生理响应（包括适合度、行为、氧化还原状态和组织损伤）很少与肠道微生物群和代谢在不同生物层级上进行整合。第三，田间条件下的异质性可能掩盖共存污染物之间的相互作用，而简化的非天然基质可能无法重现天然土壤的吸附和生物可利用性特征。因此，控制性天然土壤微型生态系统提供了一种折中方法，在标准化污染物添加和暴露条件的同时保留天然土壤基质的理化复杂性。本研究将赤子爱胜蚓暴露于PE、Cu和DEHP的单一及二元和三元组合中，并整合了内部暴露、宿主表型和生理损伤、肠道细菌16S rRNA基因测序和非靶向代谢组学。我们假设混合物将以差异性方式改变全虫体Cu和DEHP负荷及肠道滞留PE；暴露重塑将与宿主表型变化（包括适合度丧失、行为损伤、氧化还原失衡和组织损伤）同时发生；以及组合特异性的微生物重组将伴随中心碳、脂质、氨基酸和异源物质代谢的转变。相应地，本研究评估了一个将内部暴露重塑与单一和联合污染物暴露下同时发生的宿主表型、肠道微生物和代谢响应联系起来的整合框架。
章节摘要
土壤采集、蚯蚓选择和驯化
实验土壤采自松嫩平原典型湿地0–20 cm表层土壤。在同一湿地里设置了5个5 m × 5 m的采样样地，样地之间的距离不超过100 m。在每个样地内设置了3个1 m × 1 m的样方，将三个样方的表层土壤彻底混合形成一份复合样本。因此，获得了5份独立的混合土壤样本，作为5个空间重复用于土壤
单一和联合暴露下内部暴露剖面的重塑
所有含PE处理中回收的PE均保留了聚乙烯的特征谱带（图1a）。在羰基、C–O、CH?伸缩/弯曲和摇摆区域发生了局部光谱变化；PE + DEHP的C–O指数在数值上较低，摇摆指数较高，而PE + DEHP + Cu的羰基指数相对较高（图1b）。四种FTIR指数经BH校正后无显著差异（所有FDR = 0.934），表明这些光谱变化
联合暴露重塑内部暴露剖面，并与蚯蚓差异性的毒性响应相关
核心发现是内部暴露剖面呈发散性而非均匀增加：含DEHP混合物中全虫体Cu降低，含Cu混合物中全虫体DEHP升高，而肠道滞留PE在各组合间有所不同。微塑料可直接引起组织病理学和分子毒性[51]，并改变共存农药或金属的输运、滞留和毒性[59]，[81]。因此，它们的联合效应最好被视为情境依赖性相互作用
结论
PE、Cu和DEHP的联合暴露产生了组分特异性的内部暴露剖面，而非污染物负荷的均匀增加。全虫体Cu和DEHP浓度的变化以及肠道滞留PE与处理特异性的氧化状态、组织损伤、运动行为、生长和生殖差异同时发生，其中三元处理对蚯蚓适合度造成了最强的整体损害。暴露组合还与不同的
意义声明
土壤经常以混合物的形式接收微塑料、塑料添加剂和金属，但风险评估通常依赖名义剂量或单一污染物的响应。本研究表明，PE、DEHP和Cu的联合暴露重塑了蚯蚓中组分特异性的内部暴露，而非均匀增加污染物负荷。含Cu混合物显著增加全虫体DEHP，而含DEHP混合物降低全虫体Cu并改变肠道滞留PE。尽管
未引用参考文献
[32]，[33]，[34]，[35]，[36]，[38]，[66]，[68]，[69]，[71]，[72]，[83]，[84]，[85]，[88]
CRediT作者贡献声明
He Wang：监督，方法论。Yining Wu：撰写–审阅与编辑，资源，资金获取。Lei Chen：撰写–初稿，调查，资金获取，正式分析，数据管理。Ting Li：验证，数据管理。Kangjun Zeng：软件，正式分析。
致谢
本工作得到国家自然科学基金（编号32500400和32271557）和中央高校基本科研业务费专项资金（编号2572025AW22）的资助。
利益冲突声明
作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。
Lei Chen|Kangjun Zeng|Ting Li|Yining Wu|He Wang
