《Food Control》：From Field to Fork: Food Safety Risks Posed by the Life-Cycle Accumulation of Organophosphate esters and Weathered Nanoplastics in Rye
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摘要在农业系统中，有机磷酸酯与纳米塑料的共存对食品安全构成了新的且尚未充分评估的威胁。本研究以黑麦为模型，探讨了农业系统中有机磷酸酯（TEP、TBP）与风化纳米塑料（NPs-COOH）共存所带来的食品安全风险。通过在土壤中开展浓度为0.5毫克/千克的完整生命周期实验，我们发现这些
摘要
在农业系统中，有机磷酸酯与纳米塑料的共存对食品安全构成了新的且尚未充分评估的威胁。本研究以黑麦为模型，探讨了农业系统中有机磷酸酯（TEP、TBP）与风化纳米塑料（NPs-COOH）共存所带来的食品安全风险。通过在土壤中开展浓度为0.5毫克/千克的完整生命周期实验，我们发现这些污染物不仅会抑制作物生长（使抽穗时间延迟17–20天，产量减少高达26.4%），更令人担忧的是，它们还会在收获的谷物中积累（有机磷酸酯含量最高达0.276毫克/千克，纳米塑料含量最高达0.253毫克/千克）。这种直接转移会威胁到农产品的安全性。此外，这些污染物还会严重降低谷物的营养价值：粗脂肪含量下降，抗营养性纤维含量上升（增加11.4–13.95%），粗蛋白比例变为7.71%。从机制上看，TBP通过改变纳米塑料的表面电荷，增强了其在根部的积累。这两种污染物的共同作用会破坏根际微生物群落（如使溶杆菌科细菌增多），并干扰植物的解毒代谢过程（如与谷胱甘肽S-转移酶结合），进而导致严重的氧化应激（过氧化氢含量增加388.3%）和光合作用受阻。我们的研究揭示了一种协同作用机制：有机磷酸酯与NPs-COOH通过共同的环境行为和生物相互作用，损害作物的产量与品质，最终导致谷物中残留污染物。这项研究强调了在食品安全防控体系中亟需对这些新兴污染物进行评估，同时指出了一种需要重视的“采前”污染途径，这为风险评估和农业管理实践提供了重要参考。
引言
农产品的安全是粮食安全的基础，而农田系统中的新型复合污染通过“土壤-作物-食物”链条对粮食安全构成了严重威胁。塑料碎片在环境中普遍存在，会在光照、热量和机械力的作用下降解，生成羧基化纳米塑料（NPs）（Kaya等人，2026年）。由于这些颗粒体积极小、比表面积高且表面功能团丰富，因此具有独特的环境行为特征（Nawaz等人，2025年；Vleeming等人，2026年）。它们不仅自身具有高度移动性，还能作为高效的“载体”，通过与有机污染物（如阻燃剂、农药）的吸附作用形成复合物。这种复合污染可通过“特洛伊木马效应”显著增强植物根部对污染物的吸收能力，并使其在植物体内长距离传输，从而大幅提高可食用部分中污染物的富集程度及潜在健康风险（Lin等人，2024年）。尽管在了解纳米塑料的环境归趋方面已取得一定进展，但它们在现实农业污染场景中的作用——尤其是如何提升其他污染物在食物链中的传递效率，进而影响农产品安全及人类饮食暴露风险——其作用机制和程度仍不明确。
在各类共存污染物中，有机磷酸酯作为传统溴系阻燃剂的主要替代品，其全球生产和使用量持续增长。它们通过多种途径进入农业环境，在多种谷物、蔬菜和水体中频繁被检测到，已成为值得关注的食品污染物（Bekele等人，2021年；Li等人，2025年）。毒理学研究证实，某些有机磷酸酯（如TCEP、TDCPP）具有明确的激素干扰作用、神经发育毒性以及潜在的致癌性。长期低剂量摄入这类物质对人类健康，尤其是儿童发育的潜在威胁，引发了广泛关注（Wang等人，2023年；Zhang等人，2022年）。值得注意的是，有机磷酸酯类物质存在显著的“结构-活性关系”，其中烷基链长度是决定其环境持久性、生物累积潜力及毒性的关键因素。例如，长链结构的TBP由于其更高的疏水性和亲脂性，更容易在生物体内积累，且可能比短链结构的TEP具有更强的毒性。这种差异直接影响其在作物可食用组织中的残留水平及存在形式，进而可能导致不同的饮食风险（Hou等人，2025年；Karaboga等人，2024年）。然而，当这类污染物与在农田中同样普遍存在的羧基化纳米塑料共存时，它们可能会通过界面相互作用形成具有新物理化学性质的复合污染。这类复合物在作物中的吸收、转运、代谢规律，以及其对人类健康风险的协同放大效应，目前仍缺乏系统研究，成为食品安全风险评估中的重大不确定性因素。
黑麦（Secale cereale L）是一种重要的粮饲两用作物，其籽粒的产量和营养价值与粮食安全息息相关（Brzozowski等人，2025年）。目前关于纳米塑料与有机磷酸酯共同污染的研究主要聚焦于水生生物或植物幼苗阶段。针对这两种污染物在整个生命周期中对谷物作物的影响——尤其是对籽粒产量形成、营养成分以及最终污染物残留水平的影响——仍存在较大的知识空白（Onoja等人，2022年；Xia等人，2023年）。为填补这一空白，本研究以黑麦为模式作物，选择了羧基化纳米塑料以及两种具有不同烷基链长度的有机磷酸酯，通过完整的土壤栽培实验，旨在系统阐明：1）复合污染对黑麦生长、产量以及籽粒关键营养指标的单独影响和综合影响；2）污染物在根土界面之间的相互作用，以及它们在可食用籽粒中的转运和积累规律；3）复合胁迫通过何种机制破坏根际微生物群落，引发植物的氧化应激和代谢反应。本研究旨在揭示这类复合污染威胁谷物安全生产和品质的生物学途径，从而为优化农产品源头污染的风险评估和控制策略、保障食品安全提供科学依据。
章节节选
纳米塑料的特性分析
本研究中使用的羧基化纳米塑料（NPs-COOH，50纳米）用于模拟老化塑料的常见形态，因为表面羧基化是环境氧化作用产生的主要变化之一。通过透射电子显微镜观察，这些颗粒的尺寸均匀，为45.48±7.0纳米。其表面Zeta电位为-34.5毫伏。傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱分析结果证实，这些颗粒表面存在羧基基团（约1710
短期暴露的急性毒性：复合污染对黑麦生长、光合作用及氧化应激的抑制作用
针对黑麦的短期暴露实验显示，不同烷基链长度的有机磷酸酯与NPs-COOH均具有急性毒性。实验结果表明，这些污染物的毒性强度与烷基链长度密切相关，毒性顺序为：TBP > TEP > NPs-COOH（见图1）。值得注意的是，当NPs-COOH与阻燃剂（TEP或TBP）共同存在时，在植物高度、干重、叶绿素a含量等多个关键指标上并未观察到协同毒性效应
结论
本研究通过整合生理学、分子生物学、微生物学及计算模拟方法，阐明了有机磷酸酯与NPs-COOH单独及共同污染对黑麦的多层次影响。长链结构的有机磷酸酯（TBP）的毒性高于短链结构的TEP。复合污染具有时间依赖性：短期内表现为拮抗作用，而在长期暴露下则可能产生协同效应。
黑麦会激活包括氧化应激、代谢
CRediT作者贡献说明
丁福成：数据整理。范志豪：数据整理。邢宁宁：数据整理。包国章：研究调查、正式分析、数据整理、概念设计。胡金科：项目管理、正式分析、数据整理
致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号32371777）以及吉林省的科技发展计划重点项目（项目编号20250203129SF）的支持。
Jinke Hu|Ningning Xing|Guozhang Bao|Zhihao Fan|Fucheng Ding
教育部地下水资源与环境重点实验室（吉林大学），吉林省水资源与环境重点实验室，吉林大学新能源与环境学院，中国长春市130012
