摘要
近年来，微塑料（MPs）污染日益显著，农业用地成为其在陆地生态系统中主要的归宿。据统计，聚乙烯（PE）碎片已成为农业土壤中最为普遍的MPs之一，其积累量不断攀升，对作物生长的潜在影响令人担忧。除MPs自身毒性外，MPs与土壤中多环芳烃（PAHs）的相互作用可能改变其毒性潜力，进而对人类健康产生深远影响。当MPs释放到环境中时不可避免地会经历氧化过程，这一过程增加了MPs表面的含氧官能团，使其性质更为复杂和难以预测。然而，目前关于MPs氧化程度及其与PAHs共存时的植物毒性效应仍鲜有研究。 本研究首先探讨了不同浓度（0.001%w/w、0.01%w/w和0.1%w/w）的低氧化聚乙烯微塑料（LOPE）和高氧化聚乙烯微塑料（HOPE）对小麦生长、果实品质的影响及防御机制。结果表明，与HOPE相比，LOPE更能激活小麦的防御反应，表现为淀粉含量减少22.87%，可溶性糖含量增加44.93%，以及关键代谢途径（如淀粉和蔗糖、亚油酸和苯丙氨酸代谢）的激活。然而，HOPE对小麦生长、蛋白质含量及矿物质元素的抑制作用更为显著，这可能影响人类通过营养成分的摄入。联合代谢组学与转录组学发现，上述营养物质的抑制主要与根系超微结构损伤以及碳水化合物代谢（如半乳糖代谢和TCA循环）、翻译过程（涉及核糖体、氨基酰-tRNA生物合成）、营养库活性和金属离子结合基因表达等关键生物过程的下调紧密相关。本研究有助于我们深入了解并预测与PEMPs相关的环境风险。 随后，我们采用盆栽培养实验，系统研究了LOPE、HOPE、PAHs及其联合暴露对根际土壤（包括矿物元素、土壤酶活性、代谢物和微生物群组成以及小麦生长的影响。研究结果表明，PEMPs和PAHs刺激了土壤脲酶（S-UE）的活性。同时，土壤酸性磷酸酶（S-ACP）活性也有所提高，进而增加了土壤中磷的含量。此外，PEMPs和PAHs通过改变根际土壤碳代谢和能量代谢影响根际土壤微生物群落的组成，诱导厚壁菌门、芽单胞菌门、髌骨细菌门、硝化螺菌门、甲基化微菌门、马斯利亚菌属、溶杆菌属、芽单胞菌属、德沃斯氏菌属以及芽孢杆菌属等特殊菌群的富集。土壤中Fe含量、S-UE活性和肌醇代谢物与根际土壤微生物群落密切相关。PEMPs和PAHs的添加改变了根际土壤环境，进而影响了小麦的生物量，小麦茎粗表现出极高的敏感性。此外，PEMPs和PAHs显著降低小麦叶片的光合色素含量，尤其在PEMPs和PAHs联合暴露下。本研究为多种污染物共存的农业生态系统安全性和可持续性农业的发展提供数据支撑。
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