常见浮萍（Lemna minor L.）在急性和慢性暴露条件下，接触遗留及新出现的全氟和多氟烷基物质（PFAS）后的生物累积及生理反应

《Aquatic Toxicology》：Bioaccumulation and physiological responses of common duckweed ( Lemna minor L.) treated with legacy and emerging per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) under acute and chronic exposure conditions

　　

摘要

全氟和多氟烷基物质（PFAS）是水生生态系统中持续存在且具有生物累积性的污染物，但目前对其在大型水生植物中的吸收动态和生理影响了解甚少。本研究在急性和慢性条件下，调查了Lemna minor对七种PFAS化合物的生物累积及其生理反应。较长的暴露时间导致更多PFAS的积累，尤其是在较低暴露浓度下。观察到了浓度依赖性的累积现象，尽管这些关系在不同PFAS类型之间的方向和幅度存在差异。PFBS的积累量最高，在100,000 ng/L的浓度下暴露10天后，其浓度可达8736 ± 5715 ng/g dw。当表示为生物累积因子（BCF）时，其与暴露浓度呈负相关，表明在环境相关浓度下具有更高的吸收效率。在1 ng/L浓度下暴露20天后，PFBS的BCF最高，为6076 ± 898 L/g。累积和BCF值的差异归因于官能团和链长的不同，这些因素影响溶解度和疏水性。尽管存在可测量的生物累积，但生理反应总体较轻，因为生长和光合效率（Fv/Fm和Y(II)）均未显示出一致性的受到影响。在少数处理组中观察到生长受到刺激，这表明可能存在激素效应。总体而言，这些发现强调了在评估大型水生植物中PFAS的生物累积时，应考虑暴露时间和浓度范围，并且将时间依赖性累积纳入风险评估对于准确评估PFAS的行为和生态风险至关重要。

引言

在过去几十年中，人们对全氟和多氟烷基物质（PFAS）引起的生态和人类健康影响的担忧日益增加（Lohmann等人，2020；Panieri等人，2022）。PFAS在消费品和工业应用中的生产和广泛使用，包括水成膜泡沫（AFFFs），加上其持久性和高流动性，导致了环境和野生动物的全球污染（Ackerman Grunfeld等人，2024；Andrews等人，2023；Glüge等人，2020）。尽管某些PFAS，如全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA），已在许多地区受到监管或被逐步淘汰（包括通过《斯德哥尔摩公约》和欧盟的限制），但其使用逐渐被替代PFAS取代，包括短链化合物和基于氟化醚的物质（Manojkumar等人，2023）。这些替代PFAS被认为比长链PFAS的生物累积性较低，主要是因为它们的水溶性更强（Brendel等人，2018）。因此，许多替代PFAS仍缺乏监管限制和环境质量标准（Brendel等人，2018）。尽管如此，许多短链PFAS和其他替代品仍存在于环境中（Celis等人，2025；Groffen等人，2024；Ji等人，2025；Rana等人，2022）。

地表水、沉积物和土壤是PFAS的沉积库（Ehsan等人，2024）。非生物环境在决定PFAS的生物可利用性方面起着关键作用。生物体根据其生理特性和特定PFAS分子的结构特征，可能会积累不同类型和数量的PFAS。例如，在植物中，全氟辛烷磺酸（PFOS）通过水通道蛋白吸收，而全氟辛酸（PFOA）似乎通过其他营养转运蛋白吸收（Adu等人，2023）。虽然对于一些传统PFAS（如PFOS和PFOA），已知其与环境介质相互作用的定量测量数据（如生物累积因子（BCF）），但对于大多数目前使用的PFAS及其前体（可在环境中转化为持久性和生物累积性的最终产物）的生物累积和毒理学效应的数据仍然不足（Ankley等人，2021；Gkika等人，2023）。鉴于不同类型PFAS及其前体的吸收和毒性存在变异性（Espartero等人，2022；Gomis等人，2018；Rice等人，2021；Wang等人，2020），增强我们对目前使用的PFAS及其前体的生物累积和毒理学效应的理解至关重要。这些知识对于进行全面的生态风险评估至关重要。

本研究通过7天、10天、20天和30天的暴露实验，实验性地研究了七种PFAS的化学结构对一种发育良好的毒理学测试物种——普通浮萍（Lemna minor L.）的生物累积潜力及毒性（叶片/植株比例、生物量增加以及光合效率（Fv/Fm和Y(II)）的影响。

假设生物累积和毒性主要受PFAS分子的碳链长度影响，而官能团的影响较小。预期长链PFAS会在空气-水界面的叶片接触处更大量地积累（Choudhary等人，2025；Silva等人，2019）。此外，预计与短链同类物相比，长链PFAS在较低暴露浓度下会导致植物生长抑制（Adu等人，2023）。关于官能团的影响，已有研究表明，在各种植物的营养部分，全氟烷基羧酸（PFCAs）的生物累积因子（BAF）高于全氟烷基磺酸（PFSAs）（Krippner等人，2015；Lesmeister等人，2021；Yamazaki等人，2019），但当链长增加时，这种差异会减小（Bizkarguenaga等人，2016；Lasee等人，2019；Lesmeister等人，2021）。另一方面，与PFOA相比，PFOS在较低暴露浓度下会抑制植物生长（Adu等人，2023），表明PFSAs可能比PFCAs更具毒性。据我们所知，其他官能团对植物中PFAS的生物累积和毒性的影响尚不清楚。

部分摘录

浮萍培养

Lemna minor L. “Blarney”（罗格斯浮萍种质合作数据库编号5500）在带通气盖的无菌Magenta植物培养容器（GA-7，7.7厘米×7.7厘米×9.7厘米（长×宽×高）中培养，光照强度为50 μmol m^-2s^-1的光合有效辐射（PAR）（Sasmaz Kislioglu等人，2025）。温度为20°C，光照周期为16:8小时。种质培养使用半浓度的Hutner培养基进行。

实验设计

使用280毫升的聚丙烯容器（DECA，)

暴露浓度和持续时间对PFAS积累量及生物累积因子的影响

图1显示了植物生物量中积累的PFAS浓度（表S2和S3分别展示了急性（7天）和慢性（10天、20天和30天）暴露的详细信息）。由于PFOS和PFOPA的浓度从未超过检测限（LOQ），因此这些化合物从结果和进一步分析中省略。

观察到暴露浓度对化合物积累有显著影响，尽管这种影响取决于化合物种类和时间。在所有处理组中，

暴露持续时间对PFAS积累的影响

本研究表明，暴露持续时间影响了浮萍中的PFAS积累，长时间暴露后检测到更多种类的PFAS。此外，其影响因化合物和暴露处理而异。随着暴露时间的延长，检测到的PFAS化合物数量增加。例如，在7天后，仅在最高暴露浓度下检测到PFBA、PFOA、FBSA、PFBS和PFMPA的积累，而长时间暴露则导致更多PFAS的检测。

结论

本研究提供了关于L. minor在急性 and 慢性暴露于不同类型PFAS下的生物累积和生理反应的新见解。暴露持续时间在决定PFAS积累模式中起核心作用，不同化合物和处理浓度之间存在明显差异。结果表明，生物累积既受时间影响也受化合物影响，PFAS之间的差异可能与它们的结构特性有关。

作者贡献

**Thimo Groffen**：概念化、方法论、软件、数据分析、研究、撰写——初稿、可视化、资金获取；**Wiebke Drenckhan**：概念化、方法论、软件、数据分析、研究、撰写——审阅和编辑；**Els Prinsen**：撰写——审阅和编辑、资金获取；**Marcel Jansen**：概念化、撰写——审阅和编辑、资金获取。

资助

这项研究由佛兰德斯研究基金会（FWO）资助，授予编号为1205724N的资助。该研究还得到了爱尔兰政府农业、食品和海洋部（2021R487：DuckFeed）的共同资助。欧洲浮萍网络的建设得到了FWO（科学研究网络W000724N）和威尔士大学的支持。

数据可用性声明

研究中呈现的原始数据包含在文章/补充材料中，进一步咨询可联系相应作者。

知情同意声明

不适用

利益冲突

作者声明没有利益冲突。资助者在研究的设计、数据收集、分析或解释、手稿撰写或结果发表决策方面没有发挥作用。

CRediT作者贡献声明

**Thimo Groffen**：撰写——初稿、可视化、软件、方法论、研究、资金获取、数据分析、概念化。**Wiebke Drenckhan**：撰写——审阅与编辑、软件、方法论、研究、数据分析、概念化。**Els Prinsen**：撰写——审阅与编辑、资金获取。**Marcel AK Jansen**：撰写——审阅与编辑、资金获取、概念化。

Thimo Groffen|Wiebke Drenckhan|Els Prinsen|Marcel AK Jansen

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