《Process Safety and Environmental Protection》：Polystyrene Microplastics Impair Growth, DNA Integrity, and Metabolic Function in
Vigna radiata: A Multilevel Toxicological Assessment
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本研究发现聚苯乙烯微塑料（PS MPs）显著抑制绿 Gram（Vigna radiata）幼苗生长（57.11%），导致根蛋白含量下降53.40%，并通过流式细胞术检测到G2/M期细胞周期阻滞。GC-MS检测到有毒泄漏物如邻苯二甲酸酯和苯二甲酸，HPTLC分析显示代谢紊乱（96.36%方差）。计算模型显示PS MPs与DNA修复蛋白DER/DRX结合，可能破坏基因组稳定性。提出微塑料通过积累、释放毒素、抑制DNA修复和激活防御反应的毒性机制，警示其为新兴农业胁迫因素。
拉贾戈帕兰·维贾亚拉克希米·布米贾（Rajagopalan Vijayalakshmi Boomija）、塞尔瓦姆·纳维恩库马尔（Selvam Naveenkumar）、普拉迪莎·普雷姆（Pradisha Prem）、加内什·穆努斯瓦米·拉马努贾姆（Ganesh Munuswamy Ramanujam）和奇纳佩鲁马尔·卡马拉杰（Chinnaperumal Kamaraj）
印度泰米尔纳德邦金奈卡坦库拉图尔（Kattankulathur）的SRM科学技术学院（SRMIST）科学与人文学院生物技术系，邮编603 203
摘要 微塑料污染对生态系统构成了日益严重的威胁，但其对作物的影响仍知之甚少。本研究揭示了聚苯乙烯微塑料（PS MPs）对Vigna radiata （青豆）这种印度重要豆类作物的有害影响。暴露于PS MPs（浓度为2.5–50毫克）五天后，幼苗生长显著受阻（减少了57.11%），根部蛋白质含量下降了53.40%。组织形态学分析显示解剖结构出现收缩，表明存在结构损伤。流式细胞术检测到可能的G2/M细胞周期停滞，提示DNA受损；气相色谱-质谱联用（GC-MS）在处理过的植物中检测到了邻苯二甲酸酯和1,2-苯二甲酸等有毒物质。高效液相色谱（HPTLC）数据的主成分分析证实了代谢紊乱（占变异量的96.36%）。计算建模确定了关键的蛋白质相互作用：PS MPs与DNA修复蛋白（DER和DRX）以-5.4千卡/摩尔的结合亲和力结合，形成π-烷基和π-σ键，这可能影响基因组的稳定性。这些发现提出了一种新的毒性机制：PS MPs在植物组织中积累，释放内分泌干扰物质，抑制DNA修复，并触发防御反应，最终导致生长和产量下降。本研究强调了微塑料作为新兴农业压力源的重要性，呼吁采取政策干预措施以保障作物生产力和食品安全。
引言 “白色污染”（Chen等人，2022年）源于分解塑料形成的细颗粒的积累（Wright和Kelly，2017年），这些颗粒被植被捕获、滞留并重新释放（Gallitelli和Scalici，2024年）。这些微塑料（MP）由Thompson等人（2016年）首次提出，形状不规则，大小介于1微米至5毫米之间（Frias和Nash，2019年），目前被归类为新兴且几乎永久性的污染物（Masciarelli等人，2025年）。地膜覆盖会在土壤表面形成一层塑料（Gao等人，2019年），从而直接导致农业作物中微塑料的增加（Atugoda等人，2023年）。包装材料（Nizzeeto等人，2016年）、塑料软管（Singh等人，2024年）、受微塑料污染的水（Blasing和Amelung，2018年）以及大气沉降（Liu等人，2018年）也是农业土壤中微塑料的来源。在印度中部博帕尔（Bhopal）的农业土壤中检测到总共307.5±9.19个微塑料颗粒（Singh等人，2024年），而在泰米尔纳德邦哥印拜陀（Coimbatore）的稻田中每公斤土壤中含有1500个微塑料颗粒（Karthika等人，2024年）。近期研究（Blair等人，2017年；Yang等人，2022年）表明，微塑料可以进入植物系统，通过茎部运输扩散到植物的各个部位，并进入食物链（Dhevagi等人，2024年）。此外，微塑料还会改变土壤性质，降低水分保持能力，阻碍养分吸收，进一步损害植物健康（Cui等人，2024年）。
当聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE）微塑料作用于Lycopersicum esculentum （番茄）时，会抑制种子发芽（最多减少23.6%），并且PS和PE对氧化应激的促进作用比PP更明显（Shi等人，2022年）。PE微塑料处理后的番茄植株开花减少（17.67%），果实产量下降（32.76%），果实重量减轻（47.57%）。此外，宏基因组分析显示，与对照组（未处理）相比，根际土壤中的微生物多样性、丰富度和均匀度指数均有所下降（Dhevagi等人，2024年）。Wu等人（2024年）的研究发现，当Brassica rapa受到PE微塑料处理时，核糖体激活基因表达下调，植物病原体相互作用增强。过氧化氢酶活性也增加了60.11%，表明存在氧化应激。PS微塑料处理后的水稻植株表现出明显的植物毒性，表现为根长减少、养分吸收受阻和代谢降低。PS微塑料（直径100纳米）的毒性高于直径1微米的PS微塑料（Wu等人，2021年）。同样，PE、PVC（聚氯乙烯）和PP及PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）微塑料处理后的Cucurbita pepo植株生长受阻，叶片变小，叶绿素含量和光合作用下降（Colzi等人，2022年）。Gentili等人（2022年）阐明了PVC微塑料在土壤-植物系统中的负面影响，表现为生长周期延长（对照组植物更长；p<0.5）和光合效率降低（对照组植物更高；p<0.5）。所有这些研究表明，微塑料通过主要代谢途径对植物生长产生负面影响。然而，微塑料在解剖结构、营养和次级代谢中的作用尚未得到充分研究。
在本研究中，我们假设PS微塑料会对青豆（Vigna radiata ）产生负面影响，导致生长、细胞大小和蛋白质含量下降。因此，本研究旨在通过形态学、解剖学和生化参数探讨PS微塑料的毒性。利用共聚焦显微镜研究了细胞大小、表皮厚度和维管束宽度等解剖特征，并通过流式细胞术检测了细胞核内容物。此外，本研究还通过高效液相色谱（HPTLC）和气相色谱-质谱联用（GCMS）分析探讨了PS微塑料对次级代谢产物的影响。同时，通过STITCH蛋白质相互作用数据库评估了PS微塑料与相关蛋白质的相互作用，并进行了分子对接分析。总体而言，本研究揭示了PS微塑料与青豆之间的相互作用及其相关影响。
微塑料的制备与表征 聚苯乙烯（PS）购自Sigma-Aldrich（产品编号331651），分子量为35000道尔顿（Da）。将颗粒粉碎以获得微塑料（PS-MP）。使用KBr颗粒法通过傅里叶变换红外光谱仪（Bruker IFS66v）对PS-MP进行了表征，其透射范围为500–4000厘米-1 。进一步利用Albertsson等人（1987年）的公式计算了羰基指数和双键指数：
