全氟辛烷磺酸（PFOS）及其替代物OBS在桑树中的比较植物毒性及对桑-蚕暴露系统的启示

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Comparative phytotoxicity of PFOS and its substitute OBS in mulberry and implications for a mulberry-silkworm exposure system

　　

全氟辛烷磺酸（PFOS）是一种具有持久性的全氟烷基物质，已知对土壤和陆地生态系统产生不利影响。然而，其替代物特别是对氟代壬氧基苯磺酸钠（OBS）的毒理风险及其对多年生植物和食物链传递的影响仍了解不足。本研究以桑树（Morus alba）幼苗为模式多年生物种，比较了PFOS与OBS的植物毒性效应。PFOS表现出比OBS显著更强的抑制作用，表现为株高、生物量和光合性能的显著降低。转录组分析显示两种化合物主要调控通用胁迫响应通路，而OBS诱导的差异表达基因（DEG）数量远少于PFOS，表明其分子扰动水平更低。PFOS在桑树中积累以根滞留为主，约85.2%滞留于根，叶约14.3%，茎约0.5%。为评估桑-蚕系统中的PFOS毒性，研究人员以污染PFOS的桑叶饲喂家蚕（Bombyx mori）。低剂量PFOS暴露不影响家蚕生长或产丝，高剂量则导致生长迟缓和结茧受损。约58.6%摄入的PFOS经排泄消除。转录组分析进一步揭示高PFOS暴露下产丝降低与丝蛋白生物合成及加工相关基因（包括多肽N-乙酰半乳糖胺转移酶GALNT）下调有关。综上，这些发现增进了对PFOS和OBS诱导桑树胁迫响应的理解，凸显桑树作为PFOS吸收候选物种的潜力，并为未来植物修复研究提供初步信息。

研究背景与立项依据

全氟辛烷磺酸（PFOS）属全氟和多氟烷基物质（PFASs），因碳-氟键极强而具高度环境持久性、长距离迁移性与生物放大性，2009年列入斯德哥尔摩公约附件B。其替代物对氟代壬氧基苯磺酸钠（OBS）自1980年代起用于消防与油田作业，已在自然水体检出，但对陆地植物尤其多年生木本植物的环境归趋与毒理仍稀缺。植物是土壤污染物进入陆地食物网的入口，桑树（Morus alba）为多年生木本、根系发达、耐胁迫且支撑养蚕产业，是理想模式种；而PFOS从污染植物向高营养级（如家蚕）传递的生态风险未知。为此，研究人员以桑树幼苗结合家蚕饲喂系统，系统比较PFOS与OBS的植物毒性、积累转运、分子响应及食物链传递效应。该研究发表于《Ecotoxicology and Environmental Safety》，结论为桑树可作PFOS吸收候选并提示桑-蚕系统对高剂量暴露具一定耐受性。

主要技术方法概述

研究人员以3月龄桂优62桑树幼苗设土施PFOS/OBS（2、4、8 g kg^?1土）17天处理，测定生长、叶绿素荧光（Fv/Fm、NPQ、Qp）、光合速率、氧化指标（H₂O₂、丙二醛MDA）与抗氧化酶（超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶POD、过氧化氢酶CAT）；根扫描量化形态；UHPLC–MS/MS定量组织PFOS；叶与蚕丝腺转录组（DEG筛选：桑树FC≥2且FDR<0.05，家蚕FC≥1.5且p<0.01）经RT-qPCR验证。家蚕（品种871）由重庆蚕科院提供，四龄第4天起喂2 g L^?1 PFOS浸叶，五龄末测体重、死亡率、茧层重、全茧重、结茧率等；蚕体PFOS分配经组织均质提取定量。样本队列：桑树对照组与4 g kg^?1处理组叶用于转录组；家蚕对照与高暴露组五龄中期丝腺及中肠、血液用于生化与转录组。

研究结果

2.1 PFOS积累与桑树生长抑制：土施4 g kg^?1 PFOS 17天后，根（0.275 mg g^?1干重）>叶（0.089）>茎（0.023）；PFOS在4 g kg^?1即显著降株高（至45.72%）、鲜重（?32.86%）与干重（?32.79%），8 g kg^?1加剧；OBS仅8 g kg^?1显抑制（株高?59.96%），生理毒性弱于PFOS。

2.2 光合性能影响：2–8 g kg^?1下总叶绿素均降；Fv/Fm不变，但8 g kg^?1时光化学猝灭（Qp）降、非光化学猝灭（NPQ）升，净光合速率显著降，表明PSII反应中心未不可逆损而能量分配与电子传递受调。

2.3 根系抑制：4 g kg^?1 PFOS显著降根尖数（?18.05%）、总长（?25.61%）、表面积（?48.29%）、体积（?66.83%），平均直径与活力不变。

2.4 氧化胁迫：8 g kg^?1时两处理均升H₂O₂与MDA；SOD在8 g kg^?1 OBS下升、2 g kg^?1 PFOS下降；POD在8 g kg^?1双降；CAT无变。

2.5 家蚕生长与产茧：叶浸0.002与0.4 g L^?1 PFOS无显著影响；2 g L^?1致减食、卷曲、黄化、死亡，五龄末体重降（3.16→2.78 g）、死亡率升（0.01%→0.09%）、结茧率降（99.43%→90.10%）、死笼率8.33%、茧层重（0.408→0.345 g）与全茧重（1.818→1.504 g）降、畸形茧比例升。

2.6 桑树转录组：4 g kg^?1下OBS仅69 DEG，PFOS达384 DEG；KEGG显示二者均扰植物激素信号与MAPK通路，PFOS特异富集淀粉蔗糖代谢。

2.7 家蚕响应与分配：蚕中肠CAT降、血液POD降，MDA/SOD多数不变；469 DEG（310上/159下），粘蛋白型O-糖基化（mucin-type O-glycan biosynthesis）通路下调，GALNTs下调。桑树吸收PFOS根留85.2%±9.7、叶14.3%±9.5、茎0.5%±0.3；蚕食叶后体留41.1%±2.6，58.6%±2.1随粪排。

2.8 RT-qPCR验证：叶与丝腺选基因表达趋势与RNA-seq一致。

讨论浓缩

研究人员指出桑树作为多年生木本具根系稀释与功能维持的耐受机制，但长期累积风险待查；PFOS根滞留为主提示木本可作土壤汇，但枯落归趋未明。光合损伤属调控性非PSII毁灭性；氧化胁迫呈组织特异性（根酶活变、叶酶活稳）。转录层PFOS/OBS主要激活通用胁迫（MAPK、激素、钙信号）而非特异毒径，OBS扰动远低于PFOS，与斑马鱼研究趋势一致；OBS未定量故不能区分摄取差或内源低毒。家蚕高暴露下GALNTs下调关联丝胶糖基化与丝蛋白加工受损，但缺蛋白级直接证据；实验为饲喂控制暴露而非全程土-植-虫重建，生态外推需谨慎。桑-蚕系统虽高剂量可存活，58.6% PFOS随粪排出，粪便可收集集中处置，具潜在“污染物收集”管理价值，但非降解途径，长期田野验证必要。

结论部分翻译

PFOS及其替代物OBS在高浓度下均产生植物毒性，PFOS毒性显著更强。桑树幼苗对PFOS具强耐受性，PSII损伤有限，且PFOS显著积累（尤在根），凸显桑树作为PFOS吸收候选物种的潜力，并为未来植物修复研究提供初步信息。OBS诱导的生理与转录响应更弱，提示其对陆地植物生态风险较低。此外，家蚕中观察到的极小生长抑制表明土-桑-蚕系统可耐受高水平PFOS暴露。