聚乙烯微塑料与四环素联合暴露改变了豆芽的营养品质、抗氧化能力、氨基酸谱及栽培相关微生物群落

《Food Bioscience》：Co-exposure to polyethylene microplastics and tetracycline alters nutritional quality, antioxidant capacity, amino acid profiles, and cultivation-associated microbiota of soybean sprouts

　　

摘要

抗生素和塑料薄膜在农业中的广泛使用导致农业土壤中抗生素残留和微塑料的共存。然而，它们对食用作物生长、营养质量和根际微生物群落的综合影响仍知之甚少。本研究考察了聚乙烯微塑料（PE, 0.1%, 重量比）、四环素（TC, 25 mg/kg 土壤）及其共暴露对 4 天土壤栽培期间大豆芽苗的影响。评估了生长表现、营养质量、抗氧化特性、游离氨基酸谱以及根际细菌和真菌群落。PE 和 TC 对最终发芽率或干生物量影响较小，但影响下胚轴伸长。PE 主要影响碳水化合物相关性状，使纤维素和可溶性糖含量分别降低 23.26% 和 17.22%，而 TC 使维生素 C 含量降低 14.76%，并导致氨基酸谱和微生物群落结构发生更广泛的变化。在 PE 和 TC + PE 暴露下，总黄酮含量分别增加了 12.95% 和 15.48%，而总酚含量和羟基自由基清除活性保持相对稳定。总体而言，共暴露产生了特定的终点响应，在几个与质量相关的性状中观察到了显著的 PE × TC 交互作用。微生物分析显示细菌 α 多样性稳定，但真菌多样性以及细菌和真菌群落组成发生了改变。差异分类群和相关分析将微生物变化与维生素 C、黄酮、纤维素及其他质量性状联系起来。这些结果表明，PE-TC 共暴露可以重塑大豆芽苗质量和根际微生物群，强调了在风险评估中纳入营养和微生物终点的必要性。

引言

大豆芽苗（Glycine max (L.) Merr.）因其生长周期短、营养价值高而被广泛消费为新鲜蔬菜（Wojdy?o et al., 2020）。与水培栽培相比，据报道土壤栽培能产生营养价值更高且具有理想外观性状（如下胚轴更白更细）的大豆芽苗。因此，土壤栽培的大豆芽苗在大规模生产中引起了越来越多的关注。在土壤发芽过程中，大豆种子经历活跃的生化转化，导致蛋白质、可溶性糖、膳食纤维、维生素 C、氨基酸、次级代谢产物和抗氧化成分等营养成分和生物活性化合物的变化（Cai et al., 2026）。这些与质量相关的性状对于评估大豆芽苗的可食用价值、营养质量和抗氧化特性至关重要。由于芽苗通常作为新鲜食用或经过最少加工，其生化成分和栽培相关微生物特征的变化与食品质量评估密切相关。然而，即使可见生长参数保持相对稳定，大豆芽苗的可食用质量也可能受到农业栽培基质中存在的新兴污染物的影响。

新兴污染物在农业土壤中的积累已成为日益增长的全球关注点，特别是抗生素和微塑料作为两类代表性污染物（Stapleton & Hai, 2023）。抗生素通过施用牲畜粪便和使用再生水灌溉广泛引入土壤生态系统，在那里它们可以持久、迁移并对土壤微生物群落施加选择压力（Li et al., 2025; Ma et al., 2025）。四环素（TC）是兽医学中使用最广泛的抗生素之一，经常在农业土壤中被检测到，并表现出相对较高的持久性和生物活性（Shen et al., 2020）。据报道，猪粪中 TC 浓度高达 23 mg/kg，而在牲畜饲养场周围收集的粪便和农业土壤样品中报告的四环素范围为 4.54 至 24.66 mg/kg（Martí兹-Carballo et al., 2007; Ji et al., 2012）。同时，农业塑料薄膜（特别是聚乙烯地膜）的广泛使用代表了农业土壤微塑料污染的一个重要来源，其他输入来自温室、灌溉设备、施肥和污水灌溉（Kang et al., 2025）。聚乙烯（PE）微塑料由于其全球普遍存在、化学稳定性以及对陆地微塑料污染的主导贡献而尤为相关。在重度污染土壤中，据报道微塑料可占土壤重量的 6.7%，其中 PE 是主导的聚合物类型之一（Fuller et al., 2016）。抗生素和微塑料均可影响土壤 - 植物系统。微塑料可以改变土壤物理化学性质，包括 pH 值、容重和持水能力，从而影响微生物群落和植物生理（Irshad et al., 2024）。单独而言，据报道抗生素和微塑料会损害种子发芽，破坏植物生理代谢，并改变根际微生物结构（Lozano & Rillig, 2022; Wei et al., 2009）。然而，在现实的农业环境中，污染物很少单独存在。抗生素和微塑料通常共存，并可能通过吸附、解吸和载体效应在物理和化学上相互作用，从而改变污染物的迁移性、生物有效性、毒性和生物响应（Martín et al., 2022; Wang et al., 2024）。尽管最近的研究强调了微塑料 - 抗生素共同污染在陆地系统中的环境行为、运输、生物富集和生态毒理效应（Du et al., 2025; Wei et al., 2023），但关于这种联合污染如何影响新鲜蔬菜（特别是生长迅速且对栽培条件高度敏感的芽苗）的可食用质量和功能特性的信息有限。

为了阐明 PE 和 TC 联合污染如何影响大豆芽苗的可食用质量和功能特性，必须同时考虑芽苗的代谢响应和与栽培相关的微生物。在土壤芽苗生产中，栽培基质中的残留污染物可能会重塑根际微生物群落，从而影响芽苗发育过程中的营养获取、生化转化和应激相关代谢（Sharma et al., 2025）。这种微生物扰动可以进一步反馈到食用作物的生理过程，包括根系发育、碳氮代谢和次级代谢产物调节（Pivato et al., 2017）。因此，需要一种结合营养质量、抗氧化能力、氨基酸谱和与栽培相关的微生物的综合方法，以更好地了解芽苗生产系统中微塑料 - 抗生素共同污染的质量后果。在本研究中，选择大豆芽苗作为模型新鲜蔬菜，以研究 PE 微塑料和 TC 在土壤栽培系统下的单独和联合影响。建立了四个处理，包括对照组、TC、PE 和 TC + PE。经过 4 天的栽培期，系统分析了生长特征、营养成分、抗氧化能力、氨基酸谱以及与栽培环境相关的细菌和真菌群落。本研究的目的是：（i）评估 PE 和 TC 单暴露和联合暴露对大豆芽苗生长和营养质量的影响；（ii）表征污染物胁迫下抗氧化特性和氨基酸谱的变化；以及（iii）揭示与栽培相关的微生物群落变化与大豆芽苗质量性状之间的关系。总的来说，这项工作提供了关于共存的农业污染物如何影响大豆芽苗的营养质量、功能特性和微生物特征的新见解，为受污染栽培条件下芽苗生产的质量控制和风险评估提供了基础。

章节片段

材料与试剂

商业大豆种子为东升系列，2023 年 10 月生产（种子规格，5.5 mm），购自辽宁益昌天品农业发展有限公司（辽宁，中国）。试验土壤购自射洪绿源美佳农业科技有限公司（射洪，中国）。四环素（TC, 纯度 > 99%）购自上海源叶生物科技有限公司（上海，中国），球形聚乙烯（PE）微塑料颗粒名义

单暴露和共暴露对大豆芽苗发芽和生长特性的影响

抗生素和微塑料经常在土壤环境中共存，并在植物栽培过程中可能相互作用（Wei et al., 2023）。评估了土壤栽培条件下 PE 和 TC 单暴露和共暴露对大豆芽苗发芽性能和早期生长特性的影响。结果显示，在 4 天的栽培期间，所有处理的大豆芽苗发芽率迅速增加。在第 1 天，TC 和 TC + PE 处理延迟

结论

本研究显示，PE 和 TC 改变了大豆芽苗的营养质量、抗氧化特性、氨基酸谱和根际微生物组成，尽管最终发芽率和干生物量保持相对稳定。PE 和 TC 共暴露并未产生简单的加性或协同效应，而是导致了指标特异性响应和独特的氨基酸及微生物变化。PE 与下胚轴伸长和的变化关系更为密切。

CRediT 作者贡献声明

郑秀正：可视化，形式分析，数据整理。金雪鹏：方法论，数据整理。邓丽莎：写作 – 原稿，方法论。周文江：可视化，资源，数据整理。蔡婷：写作 – 审查与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念化。唐杰：写作 – 审查与编辑，监督。项文良：写作 – 审查与编辑，验证，项目管理，资金获取。蒋红梅：

未引用参考文献

Fuller and Gautam, 2016; Zheng et al., 202.

利益冲突声明

作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本论文中报告的工作。

数据可用性

应要求提供数据。

利益冲突声明

作者声明，他们没有任何已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

本研究得到了四川省科技支持计划（2026NSFSC0146 和 2025ZNSFSC0219）、成都市重点研发支持计划（2026-YF05-00065-SN）和中国教育部春晖计划基金（HZKY20220576）的支持。

邓丽莎 | 周文江 | 郑秀正 | 金雪鹏 | 蒋红梅 | 陈兰彩 | 唐杰 | 项文良 | 蔡婷

西华大学食品与生物工程学院，中国四川成都 610039