張錚鈺, 周 楊, 包菲菲, 張紅艷

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院 北京 100193)

塑料制品具有耐磨、耐腐蝕、絕緣及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在包裝、農(nóng)牧、化工、交通等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-3]。截至2020 年，全球每年生產(chǎn)的塑料約有3.5 億噸，其中約80%最終被填埋或遺棄在自然環(huán)境中，導(dǎo)致塑料在自然界中大量積累[3]。經(jīng)過一系列物理、化學(xué)和生物過程，如機(jī)械碰撞、太陽輻射、微生物降解等，塑料可被分解為微塑料 (microplastics, MPs) 或納米塑料 (nanoplastics,NPs)[4-6]。微塑料通常指粒徑小于5 mm 的塑料顆粒[7]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，微塑料能夠通過污泥回田、有機(jī)肥使用、農(nóng)膜殘留、大氣沉降等多種途徑進(jìn)入農(nóng)業(yè)中，從而對(duì)土壤-植物系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響[8-10]。

目前，有關(guān)微塑料對(duì)植物生理影響的研究主要集中于水生植物，如微藻Chlamydomonas reinhardtii、小球藻Chlorella vulgaris以及紫萍Lemna minor等[11-13]。

已有研究者報(bào)道了微塑料對(duì)陸地植物生長(zhǎng)的影響[14]。Bosker 等研究發(fā)現(xiàn)，微塑料能夠在陸生維管植物獨(dú)行菜Lepidium sativum吸脹階段積累在種皮薄膜處，并隨發(fā)芽過程轉(zhuǎn)移至胚根以及胚芽上，同時(shí)微塑料可在種皮氣孔中形成物理屏障，阻礙種子發(fā)芽[15]。此外，已有研究表明，聚苯乙烯微塑料 (polystyrene microplastics, PS-MPs) 可誘導(dǎo)洋蔥Allium cepa、蠶豆Vicia faba、番茄Lycopersicon esculentumL.和玉米Zea maysL.的細(xì)胞毒性、遺傳毒性和氧化損傷，不利于植物生長(zhǎng)[16-18]。

前人研究發(fā)現(xiàn)，微塑料對(duì)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生的負(fù)面影響，可能是通過干擾土壤水分狀況、造成種子物理堵塞以及干擾種子萌發(fā)關(guān)鍵酶的活性等方式實(shí)現(xiàn)的，并且微塑料粒徑、形狀、種類的變化均會(huì)影響種子萌發(fā)[19-21]。

微塑料因具有體積小、比表面積大、疏水性強(qiáng)等特點(diǎn)，還可作為載體吸附/解吸附土壤中的農(nóng)藥，增加其在環(huán)境中的遷移能力和相應(yīng)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。已有研究證明，微塑料可以吸附多種有機(jī)污染物 (如多氯聯(lián)苯、抗生素、毒氟磷等)，導(dǎo)致土壤中的脲酶活性降低、微生物種類減少，并使有機(jī)污染物在蚯蚓等非靶標(biāo)生物體內(nèi)富集[22-25]。但目前的研究主要集中在微塑料和農(nóng)藥、抗生素等有機(jī)污染物的聯(lián)合暴露對(duì)藻類、浮萍等水生植物的影響，關(guān)于其對(duì)于高等植物的影響尚不明確[26-28]。

噻蟲胺 (clothianidin，CLO) 是目前使用最廣泛的新煙堿類殺蟲劑——噻蟲嗪的代謝物，也是常用的殺蟲劑之一。噻蟲胺可加工成種子處理劑、顆粒劑和懸浮劑等多種劑型，用于玉米、水稻、甘蔗等多種作物上薊馬、稻飛虱、蚜蟲、蠐螬和薊馬等多種地上、地下害蟲的防治[29-32]。

鑒于噻蟲胺常用作玉米種子處理劑，而塑料制品往往通過填埋手段進(jìn)行處理，在土壤中難以降解，因此研究噻蟲胺和微塑料對(duì)于玉米種子萌發(fā)的影響具有重要意義[9,33]。本研究選擇玉米作為供試植物，以噻蟲胺和PS-MPs 為研究對(duì)象，探究了噻蟲胺和PS-MPs 單一及聯(lián)合暴露對(duì)玉米種子萌發(fā)的生態(tài)毒理效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

玉米種子，由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)家玉米改良中心提供；98.5%噻蟲胺 (clothianidin) 原藥；PS-MPs懸浮液 (粒徑0.5、5 和50 μm，江蘇智川科技公司)。SHIMADZU LC-MS/MS 8045 高效液相色譜-三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀，配電噴霧 (ESI) 離子源(日本島津有限公司)；QL-861 型渦旋儀 (江蘇海門其林貝爾儀器制造有限公司)；RJ-TDL-40B 低速臺(tái)式大容量離心機(jī) (無錫市瑞江分析儀器有限公司)；AL204 型萬分之一天平 (上海梅特勒-托利多儀器有限公司)； JY2002 型天平 (上海精密科學(xué)儀器有限公司)；0.22 μm 聚四氟乙烯 (PTFE) 有機(jī)濾膜 (北京銳鋒同創(chuàng)分析儀器有限公司)。

1.2 試驗(yàn)方法

選取大小均一、顆粒飽滿完整的玉米種子，在體積分?jǐn)?shù)為0.5% 的過氧化氫溶液中浸泡清洗15 min，用去離子水反復(fù)沖洗3 次，備用。

1.2.1 單一PS-MPs 暴露 選用3 種粒徑 (0.5 、5 和50 μm) 的PS-MPs 供試，質(zhì)量濃度分別設(shè)置為10 和100 mg/L，以模擬在環(huán)境中PS-MPs低水平和高水平暴露對(duì)玉米種子的急性毒性[17,34]；同時(shí)設(shè)置不添加PS-MPs 的純凈水作為對(duì)照組 (CK)。均重復(fù)5 次。

1.2.2 單一噻蟲胺暴露 噻蟲胺作為玉米種子處理劑時(shí)，其有效成分劑量可達(dá)1000～2000 mg/kg種子。本研究使用的種子約20 g/100 粒，每只燒杯用水量15 mL，使用20 粒種子進(jìn)行試驗(yàn)，因此選擇10、100 和200 mg/L 的噻蟲胺進(jìn)行試驗(yàn)，以模擬種子發(fā)芽時(shí)暴露在環(huán)境中的低水平和高水平噻蟲胺的質(zhì)量濃度[35]。以純凈水溶解噻蟲胺原藥，配制成質(zhì)量濃度為10、100 和200 mg/L 的處理液，同時(shí)設(shè)置不添加噻蟲胺的純凈水作為對(duì)照，均重復(fù)5 次。

1.2.3 聯(lián)合暴露 根據(jù)單一暴露試驗(yàn)結(jié)果，選取粒徑50 μm、質(zhì)量濃度100 mg/L 的PS-MPs 與200 mg/L 噻蟲胺的混合溶液進(jìn)行聯(lián)合暴露，同時(shí)設(shè)置對(duì)應(yīng)的單一PS-MPs 暴露、單一噻蟲胺暴露以及純凈水作為對(duì)照組，均重復(fù)5 次。

1.3 理化指標(biāo)測(cè)定

選用500 mL 燒杯為培養(yǎng)器皿，每只燒杯中加入15 mL 處理液，放置20 粒玉米種子，并用鋁箔紙覆蓋燒杯口以減緩水分蒸發(fā)。將燒杯置于溫室中培養(yǎng)，進(jìn)行為期4 d 的萌發(fā)試驗(yàn)。溫室的條件為恒溫25 ℃、光照16 h/黑暗8 h。從第2 天開始記錄種子萌發(fā)率，培養(yǎng)4 d 后測(cè)定根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)等理化指標(biāo)。

根據(jù)公式 (1)～(4) 分別計(jì)算萌發(fā)率 (germination rate, GR)、發(fā)芽勢(shì) (germination energy, GE)、發(fā)芽指數(shù) (germination index, GI) 以及活力指數(shù)(vigor index, VI)。

式中：a表示發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束時(shí)發(fā)芽種子的數(shù)量，n表示供測(cè)種子總數(shù)，G3表示在3 d 時(shí)的萌發(fā)率，Gt表示在td 時(shí)的萌發(fā)率，Dt表示相對(duì)應(yīng)的萌發(fā)天數(shù)，S為發(fā)芽種子芽長(zhǎng)，cm；R為發(fā)芽種子根長(zhǎng)，cm。

1.4 聯(lián)合暴露后玉米種子中噻蟲胺濃度測(cè)定

聯(lián)合暴露4 d 后，使用純凈水將玉米種子清洗3 次，以去除其表面殘留的噻蟲胺，之后將種子勻漿。稱取0.5 g 勻漿后的樣品，加入5 mL 提取液 (V(甲醇) :V(0.1%甲酸水溶液) = 80 : 20) 振蕩渦旋提取5 min，于3800 r/min 下離心5 min，取上清液過0.22 μm 有機(jī)濾膜，待測(cè)。

液相色譜條件：Athena C18-WP 液相色譜柱(2.1 mm × 50 mm，3.0 μm)；進(jìn)樣量1 μL；流速0.3 mL/min；流動(dòng)相為V(甲醇) :V(0.1%甲酸水溶液) = 80 : 20 混合溶液；運(yùn)行時(shí)間 2 min；柱溫 40 ℃。

質(zhì)譜條件：電噴霧離子源；正離子掃描模式；離子源溫度 300 ℃；干燥氣流速 10 L/min；霧化氣壓力241 kPa；多反應(yīng)監(jiān)測(cè)模式 (MRM)。噻蟲胺的質(zhì)譜檢測(cè)參數(shù)見表1。

表1 噻蟲胺的質(zhì)譜檢測(cè)參數(shù)Table 1 MS parameters for clothianidin analysis

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Origin 2022 軟件進(jìn)行結(jié)果的處理分析、圖表繪制以及顯著性差異分析 (Tukey 檢驗(yàn), 統(tǒng)計(jì)顯著性為p＜ 0.05)。根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)數(shù)據(jù)以平均值 ±標(biāo)準(zhǔn)差 (SD) 值呈現(xiàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單一暴露及聯(lián)合暴露對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

萌發(fā)率是衡量不同環(huán)境中種子發(fā)芽能力的主要指標(biāo)；發(fā)芽勢(shì)表明種子萌發(fā)速率快慢；發(fā)芽指數(shù)是對(duì)種子萌發(fā)率指標(biāo)的細(xì)化和深化，突出種子的活力特征；活力指數(shù)是種子發(fā)芽速率和生長(zhǎng)量的綜合反映，反映種子活力的指標(biāo)。本研究從種子萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)4 個(gè)指標(biāo)分析了單一PS-MPs 暴露、單一噻蟲胺暴露以及二者聯(lián)合暴露對(duì)玉米種子萌發(fā)特性的影響。

2.1.1 單一PS-MPs 暴露對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響

使用粒徑分別為0.5、5 和50 μm 的PS-MPs 在低濃度 (10 mg/L) 和高濃度 (100 mg/L) 水平下對(duì)玉米種子進(jìn)行96 h 暴露后，其對(duì)玉米種子萌發(fā)特性的影響見圖1。從萌發(fā)率 (圖1a) 看，對(duì)照組(CK 處理組) 的平均萌發(fā)率最高 (94%)，而暴露于100 mg/L、粒徑為50 μm 的PS-MPs 的種子萌發(fā)率最低，僅為72%，這表明PS-MPs 對(duì)玉米種子的萌發(fā)具有明顯的抑制作用。此外，隨著PS-MPs粒徑的增大，暴露于高濃度PS-MPs 的玉米種子萌發(fā)率呈逐漸下降的趨勢(shì)。進(jìn)一步觀察發(fā)芽勢(shì)發(fā)現(xiàn)，CK 組的種子發(fā)芽勢(shì)最大 (43%)，而暴露于PS-MPs 的玉米種子發(fā)芽勢(shì)較小 (圖1b)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，在PS-MPs 不同粒徑和濃度水平下，PS-MPs暴露與對(duì)照組之間存在顯著差異 (p＜ 0.05)，說明PS-MPs 對(duì)玉米種子的萌發(fā)速率產(chǎn)生了一定的影響。然而，PS-MPs 粒徑和濃度的變化對(duì)玉米種子的發(fā)芽勢(shì)影響并不顯著。從玉米種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)看，暴露于高濃度 (100 mg/L)、大粒徑(50 μm) PS-MPs 的玉米種子發(fā)芽指數(shù) (5.03) 和活力指數(shù) (7.10) 最低 (圖1c 和圖1d)。這表明PSMPs 對(duì)玉米種子的活力產(chǎn)生了顯著的抑制作用。此外，隨著PS-MPs 粒徑的增大，玉米種子的活力指數(shù)呈逐漸降低的趨勢(shì)，尤其是在高濃度PSMPs 處理下，PS-MPs 對(duì)玉米種子活力的抑制作用更為強(qiáng)烈。

圖1 聚苯乙烯微塑料 (PS-MPs) 對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響 (96 h)Fig.1 Effect of PS-MPs on the seed germination of maize (96 h)

綜上所述，PS-MPs 暴露可顯著降低玉米種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)。此外，PS-MPs 的粒徑和濃度變化也可對(duì)這些萌發(fā)特性產(chǎn)生一定的影響。

2.1.2 單一噻蟲胺暴露對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響 測(cè)定結(jié)果 (圖2) 表明，經(jīng)過10、100 和200 mg/L 噻蟲胺暴露后，玉米種子的萌發(fā)率均有所降低，其中暴露于100 和200 mg/L 噻蟲胺的玉米種子萌發(fā)率最低 (74%)，而低濃度 (10 mg/L) 噻蟲胺對(duì)玉米種子萌發(fā)率無較大影響 (圖2a)。在發(fā)芽勢(shì)方面，低濃度噻蟲胺處理對(duì)發(fā)芽勢(shì)影響不顯著，而高濃度噻蟲胺則明顯抑制種子發(fā)芽勢(shì) (圖2b)。進(jìn)一步觀察種子活力發(fā)現(xiàn)，高濃度噻蟲胺會(huì)降低玉米種子的活力。在暴露于200 mg/L 噻蟲胺時(shí)，種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最小，分別為6.83 和8.92，而對(duì)照組的種子發(fā)芽指數(shù)最大，為10.10 和23.27 (圖2c和圖2d)，這表明高濃度噻蟲胺對(duì)玉米種子的活力有顯著的抑制作用。在3 種濃度水平下，低濃度噻蟲胺對(duì)玉米種子活力無顯著影響，高濃度噻蟲胺會(huì)導(dǎo)致種子活力降低。100 和200 mg/L 噻蟲胺對(duì)種子活力的抑制作用差異較小。

圖2 噻蟲胺對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響Fig.2 Effect of clothianidin on the seed germination of maize

綜上所述，不同濃度的噻蟲胺處理對(duì)玉米種子的萌發(fā)率、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均產(chǎn)生了影響。低濃度噻蟲胺對(duì)種子萌發(fā)率和發(fā)芽勢(shì)的影響相對(duì)較小，但高濃度噻蟲胺處理導(dǎo)致了顯著的抑制效果。這些結(jié)果表明高濃度噻蟲胺對(duì)玉米種子生長(zhǎng)和發(fā)育的不利影響。

2.1.3 噻蟲胺及PS-MPs 聯(lián)合暴露對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響 經(jīng)過粒徑50 μm、質(zhì)量濃度100 mg/L PS-MPs 暴露，200 mg/L 噻蟲胺暴露以及粒徑50 μm、濃度100 mg/L PS-MPs 和 200 mg/L 噻蟲胺聯(lián)合暴露后，本研究對(duì)暴露后玉米種子的萌發(fā)特征進(jìn)行分析。

由圖3a 看出：處理96 h 后，對(duì)照組 (CK) 的平均萌發(fā)率最高，達(dá)到98%；而暴露于200 mg/L噻蟲胺的種子萌發(fā)率最低，僅為70%。單一高濃度PS-MPs (100 mg/L) 和噻蟲胺 (200 mg/L)以及聯(lián)合暴露，對(duì)種子的萌發(fā)均具有顯著抑制作用。此外，相較于單一噻蟲胺，噻蟲胺與PS-MPs 聯(lián)合暴露顯著降低了噻蟲胺對(duì)種子萌發(fā)的抑制效果，表明PS-MPs 可能緩解了噻蟲胺對(duì)種子萌發(fā)的抑制作用。

圖3 噻蟲胺及聚苯乙烯微塑料聯(lián)合處理對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響 (96 h)Fig.3 Effect of the combined treatment of clothianidin and PS-MPs on the seed germination of maize (96 h)

由圖3b 看出：對(duì)照組的發(fā)芽勢(shì)最大(75%)。與對(duì)照組相比，無論是噻蟲胺單一暴露還是噻蟲胺與PS-MPs 聯(lián)合暴露，發(fā)芽勢(shì)均顯著降低，表明3 種處理對(duì)玉米種子的萌發(fā)速率均存在顯著抑制作用。然而，各處理組之間的發(fā)芽勢(shì)并無顯著差異。

進(jìn)一步觀察種子活力發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組的種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最大，分別為11.20 和23.35 (圖3c和圖3d)。無論是噻蟲胺與PS-MPs 單一暴露還是聯(lián)合暴露，其對(duì)種子活力均存在顯著抑制作用。其中，暴露于200 mg/L 噻蟲胺的種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)最小，為6.40 和8.45，說明噻蟲胺單一暴露對(duì)種子活力的抑制作用最強(qiáng)。相較于PS-MPs單一暴露，噻蟲胺與PS-MPs 聯(lián)合暴露組的種子發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)降低。而相較于噻蟲胺單一暴露，PS-MPs 聯(lián)合暴露緩解了噻蟲胺對(duì)種子活力的影響。

綜上所述，PS-MPs 和高濃度噻蟲胺對(duì)玉米種子的萌發(fā)特性均具有顯著抑制作用，高濃度噻蟲胺與PS-MPs 聯(lián)合暴露對(duì)種子萌發(fā)和活力的抑制效果略有減弱，表明PS-MPs 可能在緩解噻蟲胺對(duì)種子萌發(fā)特性的抑制過程中發(fā)揮了一定的作用。

2.2 單一處理及聯(lián)合處理對(duì)玉米萌發(fā)種子的根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)影響

2.2.1 單一PS-MPs 暴露對(duì)萌發(fā)種子根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)影響 測(cè)定結(jié)果 (圖4，表2) 表明：對(duì)照組的種子根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)最大，分別為2.23 和1.24 cm；與對(duì)照組相比，暴露于PS-MPs 的玉米種子的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)均有所下降，說明PS-MPs 顯著抑制了種子根和芽的生長(zhǎng)。在3 種粒徑水平下，較低濃度PSMPs、高濃度PS-MPs 對(duì)種子胚根生長(zhǎng)表現(xiàn)出更強(qiáng)的抑制作用。然而，對(duì)于胚芽而言，在3 種粒徑水平和兩種濃度水平下，PS-MPs 的粒徑和濃度變化對(duì)玉米種子胚芽的影響較小。

圖4 聚苯乙烯微塑料 (PS-MPs) 對(duì)玉米根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)的影響 (96 h)Fig.4 Effects of PS-MPs on root and sprout length of maize (96 h)

表2 暴露于聚苯乙烯微塑料 (PS-MPs) 的玉米種子根長(zhǎng)及芽長(zhǎng) (96 h)Table 2 Root length and sprout length of maize seeds exposed to PS-MPs (96 h)

綜上所述，單一PS-MPs 暴露對(duì)玉米種子的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)產(chǎn)生了抑制效應(yīng)。PS-MPs 顯著降低了種子的根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)，尤其是高濃度PS-MPs 對(duì)種子根系的生長(zhǎng)抑制效果更強(qiáng)。然而，在胚芽的生長(zhǎng)方面，PS-MPs 的粒徑和濃度變化對(duì)其影響較小。

2.2.2 單一噻蟲胺暴露對(duì)萌發(fā)種子根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)影響 結(jié)果 (圖5，表3)表明：對(duì)照組種子根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)最大，分別為2.21 和1.31 cm。在3 種濃度水平下，暴露于高濃度噻蟲胺的種子根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)顯著降低，但100 和200 mg/L 處理間對(duì)種子胚根和胚芽的抑制作用差異較小。

圖5 噻蟲胺對(duì)玉米根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)的影響 (96 h)Fig.5 Effects of clothianidin on root and sprout length of maize (96 h)

表3 暴露于噻蟲胺的玉米種子根長(zhǎng)及芽長(zhǎng) (96 h)Table 3 Root length and sprout length of maize seeds exposed to clothianidin (96 h)

2.2.3 噻蟲胺及PS-MPs 聯(lián)合暴露對(duì)萌發(fā)種子根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)影響 結(jié)果 (圖6, 表4)表明：對(duì)照組種子根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)最大。與對(duì)照組相比，單一PS-MPs、單一噻蟲胺和噻蟲胺 + PS-MPs 聯(lián)合暴露均表現(xiàn)出對(duì)萌發(fā)種子生長(zhǎng)的抑制作用。相較于單一PS-MPs，噻蟲胺 + PS-MPs 聯(lián)合暴露對(duì)玉米種子的胚根和胚芽生長(zhǎng)的抑制作用更為顯著。此外，與噻蟲胺單一暴露組相比，噻蟲胺 + PS-MPs 聯(lián)合暴露組的萌發(fā)種子根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)較長(zhǎng)，表明PS-MPs降低了噻蟲胺對(duì)萌發(fā)種子生長(zhǎng)的抑制作用。

圖6 噻蟲胺及聚苯乙烯微塑料聯(lián)合處理對(duì)玉米根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)的影響Fig.6 Effects of the combined treatment of PS-MPs and clothianidin on root and sprout length of maize

表4 暴露于噻蟲胺、PS-MPs 及噻蟲胺 + PS-MPs 的玉米種子根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)Table 4 Root length and sprout length of maize seeds exposed to clothianidin, PS-MPs and clothianidin + PS-MPs

2.3 聯(lián)合暴露對(duì)種子中噻蟲胺含量的影響

在進(jìn)行96 h 暴露后，采用1.4 節(jié)方法對(duì)聯(lián)合暴露后玉米種子中噻蟲胺的含量測(cè)定結(jié)果見圖7。200 mg/L 噻蟲胺水溶液?jiǎn)我槐┞督M玉米種子中噻蟲胺的含量為41.5 mg/kg，而聯(lián)合暴露組中噻蟲胺的含量降低至13.7 mg/kg，表明PS-MPs 可能吸附了水溶液中的噻蟲胺，從而降低了玉米種子對(duì)噻蟲胺的生物利用度。

圖7 噻蟲胺及聚苯乙烯微塑料聯(lián)合處理對(duì)玉米種子中噻蟲胺含量的影響Fig.7 Effects of the combined pollution of PS-MPs and clothianidin on the clothianidin content in maize

3 結(jié)論與討論

本研究表明，聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)對(duì)于玉米種子萌發(fā)具有抑制作用。這可能是由于PS-MPs能夠吸附在玉米種子種皮或根部細(xì)胞壁孔隙，造成物理堵塞，擾亂種子或根系正常的水分和營(yíng)養(yǎng)吸收與傳導(dǎo)[34]。在0.5、5 和50 μm 3 種粒徑及10 和100 mg/L 兩個(gè)質(zhì)量濃度下，PS-MPs 的粒徑和濃度變化對(duì)于玉米種子萌發(fā)影響不顯著。然而，前人研究發(fā)現(xiàn)，PS-MPs 對(duì)水生植物Spirodela polyrhiza和Lemna minor的葉片生長(zhǎng)、鮮重以及葉綠素含量等指標(biāo)無顯著影響，也有研究表明，PS-MPs 顯著降低了蠶豆和洋蔥的根系生長(zhǎng)，以及沉水大型植物Myriophyllum spicatim的主要莖長(zhǎng)[12,16,36]。這可能與植物對(duì)微塑料的耐受性以及植物接觸微塑料的器官有關(guān)。本研究中，相較于對(duì)照組，暴露于低濃度噻蟲胺(10 mg/L) 時(shí)對(duì)玉米種子的萌發(fā)以及幼苗根長(zhǎng)及芽長(zhǎng)的影響較小，而暴露于高濃度噻蟲胺 (100 和200 mg/L) 時(shí)，玉米種子萌發(fā)受到顯著抑制。在種子處理劑中添加成膜劑等成分，使用噻蟲胺對(duì)種子進(jìn)行包衣，噻蟲胺在土壤中遇水膨脹透氣而不被溶解，在環(huán)境中緩慢釋放[37]。此外，種子處理劑在使用時(shí)用水量至關(guān)重要。如果用水不當(dāng)，易造成種衣劑成膜不均勻、脫落等，導(dǎo)致高濃度的有效成分直接與種子接觸，從而對(duì)種子正常生長(zhǎng)以及病蟲害防效產(chǎn)生負(fù)面影響[38-40]。由于本研究進(jìn)行的是水培試驗(yàn)，玉米種子直接暴露于高濃度噻蟲胺環(huán)境下，雖然無法真實(shí)模擬種子在實(shí)際土壤環(huán)境中的情況，但研究結(jié)果仍然可以為種衣劑的安全使用提供參考數(shù)據(jù)。

Hao 等[26]發(fā)現(xiàn)，PS-MPs 可以吸附敵草隆，并可顯著減輕敵草隆對(duì)硅藻的細(xì)胞內(nèi)損傷。Zhang等[27]研究了納米聚苯乙烯與草甘膦聯(lián)合暴露對(duì)銅銹微囊藻Microcystis aeruginosa的毒性影響，發(fā)現(xiàn)納米聚苯乙烯對(duì)草甘膦具有較強(qiáng)的吸附能力，從而減少藻類對(duì)草甘膦的吸收，顯著減輕了草甘膦對(duì)藻類生長(zhǎng)的抑制作用。Mao 等[28]發(fā)現(xiàn)，PSMPs 能緩解環(huán)丙沙星對(duì)Spirodela polyrhiza和Lemna minor兩種浮水生植物的毒性。也有研究表明，PS-MPs 能夠?qū)е轮Z氟沙星和磺胺嘧啶在菊花根、莖、葉等器官積累，影響菊花正常代謝，這可能與微塑料粒徑和植物孔隙大小有關(guān)[41]。粒徑小的微塑料更容易通過植物間隙進(jìn)入植物體內(nèi)，而吸附在微塑料上的抗生素、農(nóng)藥等有機(jī)污染物也隨之進(jìn)入植物體內(nèi)，并在植物體內(nèi)的積累；而粒徑大的微塑料容易沉降，并且難以通過植物孔隙進(jìn)入，從而使有機(jī)污染物不易在植物體內(nèi)的積累。本研究結(jié)果表明，與單一噻蟲胺暴露相比，PS-MPs 的存在降低了玉米種子中噻蟲胺的含量，表明噻蟲胺與PS-MPs 聯(lián)合暴露對(duì)玉米種子的生長(zhǎng)毒性減小，PS-MPs 通過吸附環(huán)境中的噻蟲胺，可降低噻蟲胺與玉米種子的接觸濃度，從而減少玉米種子對(duì)噻蟲胺的利用程度，減緩了噻蟲胺對(duì)玉米種子的毒理效應(yīng)。

本研究主要對(duì)單一PS-MPs、單一噻蟲胺暴露以及噻蟲胺與PS-MPs 聯(lián)合暴露對(duì)玉米種子萌發(fā)的影響進(jìn)行研究，未來研究需考慮PS-MPs 對(duì)種子萌發(fā)關(guān)鍵酶活性等方面的影響，以探究微塑料與植物毒性效應(yīng)之間的內(nèi)在機(jī)制。