聚苯乙烯微塑料与砷对小麦早期生长的复合毒性效应及解毒机制研究

陆地生态系统中的微塑料(MicropRSL3lastics,MPs)在全球范围内引起了广泛的关注,研究表明土壤中的微塑料与传统重金属污染物砷(As)的结合可对农作物产生复合毒性效应,为土壤污染防治和污染物环境健康风险评估带来了新的挑战。目前研究主要集中在MPs与砷的生态毒理学上,对于其复合毒性在土壤中的作用机制研究不够深入,且对如何控制此类复合毒性缺乏有效对策。针对以上问题,本研究以链条式的研究思路,从土壤环境、土壤-植物界面、植物体内三个方面研究了聚苯乙烯(Polystyrene,PS)微塑料和砷复合污染对小麦发芽和幼苗生长的毒性效应及作用机制,并选择土壤中普遍存在的针铁矿,探索了铁矿物对PS-MPs与砷复合毒性的缓解机制。在土壤环境中,本研究探索了砷、PS-MPs和针铁矿三者间的相互作用对污染物化学形态和分配的影响;在土壤-植物界面上,本研究揭示了PS-MPs和砷在小麦根系上的界面过程以及针铁矿对二者界面过程的影响;在小麦体内,本研究以污染物富集与分布及氧化-抗氧化系统的平衡为基础,阐释了PS-MPs与砷复合污染对小麦萌发与生长的影响,以及针铁矿介导下PS-MPs与砷复合毒性的变化。本文的主要研究结论如下:(1)微塑料或针铁矿可吸附土壤中的砷从而降低砷的生物可利用性;当微塑料和针铁矿同时存在时,二者通过配体交换作用和羟基活化过程进一步增强了对砷的吸附。(2)由于PS-naïve and primed embryonic stem cellsMPs对砷的吸附作用,一方面,PS-MPs可固定环境中的砷,减少小麦对砷的摄入;另一方面,随小麦对水分和营养的吸收而进入小麦体内的PS-MPs可将其负载的砷释放,增加小麦中砷的累积。在小麦种子发芽期,PS-MPs对砷的固定作用起主导作用,随着小麦根系的成熟,PS-M获悉更多Ps在幼苗期大量进入小麦体内,导致砷累积增加,进而加剧了二者对小麦的毒性效果。(3)针铁矿可促进小麦根表铁膜的形成,减少小麦对PS-MPs和砷的吸收,同时活化小麦幼苗根系的分泌行为,改善了根际营养条件,提高了植物的抗逆性。在发芽期,针铁矿对PS-MPs与砷复合毒性有较好的减毒效果;但在幼苗期,随着复合毒性的增强,针铁矿对二者复合毒性的减毒作用大大减弱。本研究探索了PS-MPs与砷复合毒性对小麦早期生长阶段的影响与影响机制,初步验证了铁矿物质在PS-MPs与砷复合毒性中的作用,为土壤中微塑料与重金属复合污染的治理提供了参考。