编辑推荐：
本研究系统解析了阻燃剂三丁基膦（TBP）对黑麦生长、光合作用及籽粒安全的影响，发现TBP在籽粒中累积量达0.17 mg/kg，显著降低千粒重27.52%，并通过结合光合系统I蛋白、激活抗氧化酶及代谢重编程等机制引发氧化应激，提示TBP通过植物摄入进入食物链威胁人类健康。
Jinke Hu|Ningning Xing|Guozhang Bao|Wenbo Liu|Jishun Wu|Xiaoting Yi|Jinyi Wang|Yujia Mou
教育部地下水资源与环境重点实验室（吉林大学），吉林省水资源与环境重点实验室；吉林大学新能源与环境学院，长春130012，中国
摘要
有机磷阻燃剂三丁基磷酸酯（TBP）在农业系统中的存在威胁着食品安全，但其在粮食作物中的积累及其毒理学效应仍知之甚少。本研究探讨了黑麦对TBP胁迫的生理和分子响应，重点关注谷物安全。在水培和土壤暴露条件下（0–100 mg/L TBP），黑麦表现出显著的生长抑制，包括生物量减少（最高达69.02%）和光合作用下降。更重要的是，TBP在可食用谷物中积累（最高达0.17 mg/kg），导致千粒重下降27.52%并出现发育缺陷。从机制上看，TBP与光系统I蛋白结合（-5.5 kcal/mol），诱导氧化应激（丙二醛水平升高80.19%），并激活解毒酶（谷胱甘肽S-转移酶、抗坏血酸过氧化物酶）。通过LC-MS/MS鉴定出降解产物，多组学分析显示TBP降解菌根细菌的代谢重编程和富集。这些发现突显了TBP进入食物链及其对谷物质量的威胁，呼吁采取监测和缓解策略以保障谷物安全。
引言
随着溴化阻燃剂的逐步禁用，有机磷酯（OPEs）成为主要替代品，其生产和使用量大幅增加，成为一类备受关注的新污染物（Patisaul等人，2021年）。三丁基磷酸酯（TBP）作为一种典型的烷基-OPE，广泛用于塑料、家具、电子设备等，并通过挥发、渗漏等方式持续释放到环境中（Huang等人，2025年）。研究表明，TBP经常在各种环境介质（水体、土壤、大气颗粒物）和生物样本（鱼类、鸟类甚至人血清）中被检测到，表明其具有显著的环境暴露潜力（Pham等人，2025年）。更令人担忧的是，TBP具有生物累积性，可引发神经毒性、发育毒性和内分泌干扰效应，对生态系统和人类健康构成潜在威胁（Fu等人，2020年）。作为生态系统中的初级生产者，植物是污染物进入食物链的关键途径（Cheng等人，2025年）。因此，研究TBP在植物中的命运（吸收、转移、积累和转化）及其毒性效应对于准确评估其农业生态风险和食品安全风险至关重要。
黑麦（Secale cereale L.）不仅是重要的粮食和饲料作物，还因其对逆境的强抵抗力而被视为研究植物-环境相互作用的理想模型（Rabanus-Wallace等人，2021年；Rani等人，2021年）。从食品安全的角度来看，污染物在植物中的吸收和积累直接影响其通过食物链的传播风险。然而，目前关于TBP在黑麦等作物可食用部分的吸收、转运和最终浓度的研究，以及其对作物质量（如营养成分、有毒残留物）的影响仍非常有限。目前，关于TBP的植物毒性的研究仍处于早期阶段，存在显著局限性和空白。首先，现有研究主要集中在短期高浓度胁迫下的明显生理抑制作用（Yu等人，2023年），缺乏对植物整个生命周期（特别是在关键生殖发育阶段）在接近实际环境水平下的影响的系统评估。特别是对于黑麦等谷物作物，TBP在可食用器官（如种子）中的积累模式及其对农产品质量和安全的特定危害尚不清楚。其次，对TBP毒性机制的理解仍较为肤浅，主要局限于生理指标的描述，未能揭示其在植物中的分子作用靶点（例如TBP如何直接影响光合作用和抗氧化系统的关键蛋白质）和解毒代谢途径。最关键的是，植物对TBP胁迫的响应是一个系统的、多层次的防御过程，但目前的研究缺乏结合生理响应、分子调控和微生态适应的综合性视角（例如根际微生物群落的重建）（Quan等人，2024年）。这些知识空白严重限制了我们对植物对TBP胁迫响应和适应机制的全面理解，阻碍了对其环境风险的准确评估，尤其是与食物链中作物相关联的食品安全风险。
为此，本研究以黑麦为模型作物，旨在通过多尺度、多技术方法系统阐明TBP的胁迫诱导毒性及其潜在机制。该研究将整合生理生态学、分子毒理学、计算化学和多组学的方法，特别关注食品安全和化学残留物。研究内容包括：（1）短期TBP胁迫和长期暴露对黑麦生长、光合作用表现和生殖发育的关键影响；（2）TBP与与代谢和胁迫响应相关的关键植物功能蛋白之间的分子相互作用机制；（3）黑麦中TBP的代谢转化途径及其调控网络，及其对化学残留物和食品安全的影响；（4）根际微生态在帮助宿主植物缓解TBP诱导胁迫中的作用。这项工作旨在为科学评估TBP的生态风险及其在食品化学和安全方面的影响提供扎实的实验数据和理论基础。
实验片段
黑麦的短期水培暴露实验
进行了为期14天的水培实验，以研究不同浓度阻燃剂TBP的胁迫效应。TBP的暴露浓度为0–100 mg/L。设置了4个处理组：1）0 mg/L TBP处理组（对照组）；2）10 mg/L TBP处理组（TBP10）；3）50 mg/L TBP处理组（TBP50）；4）100 mg/L TBP处理组（TBP100）。每个组有3个重复实验，暴露溶液每2天更换一次。处理结束后，继续培养幼苗
短期TBP胁迫对黑麦生长、光合作用抑制及氧化应激响应的影响
不同浓度的TBP胁迫显著抑制了黑麦幼苗的生长和光合作用特性。随着TBP处理浓度的增加，黑麦地上和地下形态出现了明显的损伤症状：地上植物生长受阻，叶片卷曲（图1A）；根系缩短，侧根数量显著减少（图1D）。生物量积累呈浓度依赖性下降
结论
本研究系统解析了阻燃剂TBP对黑麦的影响，重点分析了其对从土壤到谷物的食品安全的影响。结果表明TBP具有明显的剂量和时间依赖性毒性，将短期生理损伤与长期发育缺陷联系起来，最终影响产量和谷物质量。
关键的是，发现TBP在黑麦谷物中积累，构成了直接的化学污染物风险。在生理层面上，TBP
作者贡献声明
Jinke Hu： 数据整理。Ningning Xing： 数据整理。Guozhang Bao： 数据整理。Wenbo Liu： 数据整理。Jishun Wu： 数据整理。Xiaoting Yi： 数据整理。Jinyi Wang： 数据整理。Yujia Mou： 数据整理。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：32371777）和吉林省科技发展计划重点项目（资助编号：20250203129SF）的支持。
