微纳米塑料和全氟辛烷磺酸在植物-人体传递链中的复合毒性效应及机理研究

作     者：刘雅宣 

作者单位：南开大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐景春

授予年度：2023年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 0713[理学-生态学] 

主      题：微塑料 纳米塑料 PFOS 复合毒性 生物可利用性 

摘      要：微塑料和纳米塑料因其在环境和生物中的广泛分布而受到关注。微纳塑料污染会对农作物产生负面影响,并可通过食物链转移到人体,对人类健康造成潜在威胁。环境中的微纳塑料会吸附其他有机污染物,如全氟辛烷磺酸(PFOS),并造成复合效应。PFOS具有持久性、生物蓄积性,会对植物和人体造成负面影响。然而,微纳塑料和PFOS在植物—人体传递链中的复合影响尚不清楚。本研究阐明了聚苯乙烯(PS)颗粒和PFOS对常见水培蔬菜黄豆芽(Glycine max)的复合效应,通过体外试验研究PS颗粒和PFOS对人结肠腺癌细胞Caco-2的复合毒性,并进一步阐明了复合毒性机制。本研究的主要结论如下:(1)PFOS在PS颗粒上的吸附作用使游离态PFOS转化为吸附态,降低其生物可利用性和潜在迁移能力,从而减轻氧化应激等急性毒性作用。透射电镜和激光共聚焦显微镜图像显示,PFOS的吸附作用促进了PS纳米颗粒被豆芽组织摄取,这是由于颗粒表面性质的改变。豆芽的根部相对于其他部位更容易积累PS颗粒。转录组分析表明,PS和PFOS暴露促进了黄豆芽对环境胁迫的适应,基因表达可能对部分抗氧化成分的变化起到了调控作用,MAPK通路可能在携带PFOS的微塑料的识别以及增强植物抗性反应中发挥重要作用。(2)PFOS的存在使细胞对PS纳米颗粒的摄取率显著提高了30%以上,这与PS颗粒表面性质的变化有关,包括水化动力学直径的减小、表面电位的升高以及疏水PFOS分子的表面附着。在低PFOS浓度(10μg/m L)下,PS颗粒的存在减弱了PFOS的毒性作用,这是由于吸附后PFOS的生物可利用性降低。粒径效应显示,小粒径(20 nm)的PS颗粒具有较高的细胞摄取和活性氧(ROS)生成能力,而大粒径(1μm)的PS颗粒会造成较高的脂质氧化程度和相关的膜损伤以及线粒体应激,其中脂质氧化是导致细胞膜损伤和线粒体应激的重要因素。本研究系统评价了PS颗粒与PFOS的吸附作用对其植物毒性、细胞毒性以及生物可利用性的影响,为环境新兴污染物的风险评估提供理论支撑,为未来污染物的复合毒性效应研究提供了新的思路。