根系和叶面暴露途径下纳米Ag粒子在生菜-蜗牛食物链中的化学形态和传递规律研究

Silver nanoparticles (AgNPs) enter into soils through a variety of ways, and threaten the safety of terrestrial ecological environment. However, studies on the food chain transfer of AgNPs in the terrestrial ecosystem are rare, and current available results cannot effectively support the evaluation and control of AgNPs environmental risk. Thus, in our proposal, the effects of two exposure pathways, i.e., root exposure and foliar exposure, to AgNPs trophic transfer along a lettuce (Lactuca sativa) - snail (Achatina fulica) terrestrial food chain will be investigated to reveal the mechanisms underlying AgNPs chemical speciation and their trophic transfer efficiency. Firstly, based on EXAFS, differential centrifugation procedure, sequential extraction procedure and single particle inductively coupled plasma mass spectrometry (spICP-MS) techniques, the chemical speciation of AgNPs in lettuce under different exposure pathways will be discussed. Then the assimilation efficiencies and efflux rates of different chemical speciation of AgNPs in lettuce by snail will be determined. Finally, the relationship between exposure pathways, the chemical speciation and trophic transfer efficiency of AgNPs will be clarified. The results will provide the fundamental basis for the evaluation and control of AgNPs environmental risks, and will be critical to food safety.

纳米银粒子（AgNPs）可通过多种途径进入土壤，危害陆地生态环境安全，但目前关于AgNPs在陆地生态系统食物链传递的研究甚少，且现有研究结果难以支撑AgNPs环境风险的有效评估和防控。为此，本项目构建一个生菜-蜗牛的模拟陆生食物链，研究根系和叶面两种暴露途径下AgNPs在生菜体内的化学形态及其在生菜-蜗牛食物链中的传递效率，明确具有营养级传递能力的AgNPs的化学形态，从而揭示AgNPs在生菜和蜗牛体内化学形态转化的内在机制。利用同步辐射、差速离心、分级提取和单粒子质谱检测技术研究两种暴露途径下AgNPs在生菜体内的化学形态；通过测定蜗牛对AgNPs的同化率、排出率和迁移系数，研究不同形态Ag在蜗牛体内的积累和转运规律；最终建立暴露途径、生菜体内AgNPs的化学形态以及蜗牛体内AgNPs的积累量三者之间的关系。研究结果为有效评估和防控AgNPs的环境风险和保障食品安全提供必要理论支持。

纳米银粒子（AgNPs）作为一种广谱杀菌剂已广泛应用于我们生活的各个领域。随着AgNPs的大量生产和广泛使用，其可通过多种途径进入到土壤环境中，危害陆生生物安全。目前关于AgNPs对陆地系统食物链传递过程中的生物效应研究甚少，且现有研究结果难以支撑AgNPs环境风险的有效评估和防控。本项目构建了一个生菜-蜗牛的模拟陆地生态系统食物链，研究了根系暴露和叶面暴露途径下生菜对AgNPs的内化行为，分析了植物的氧化性损伤水平，考察了两种暴露途径下生菜对AgNPs的毒性响应能力，探明了AgNPs在生菜叶片内的亚细胞分布、化合态分布和粒径分布规律，揭示了不同暴露途径下AgNPs在植物体内的吸收、积累和转运机制。研究表明暴露途径显著影响生菜体内AgNPs吸收和赋存形态，进而影响其植物毒性效应。通过食用AgNPs暴露（根系暴露、叶面暴露）生菜后的蜗牛吸收动力学研究、组织病理学损伤和代谢组学分析，探究了不同暴露途径下的AgNPs对蜗牛组织器官的累积和毒害效应；营养级传递的AgNPs导致了蜗牛体内近27%的代谢路径改变，这些改变受植物暴露途径和初始银形态（纳米粒子与离子）相互作用的驱动。此外，我们还初步探究了土壤微生物胞外聚合物（EPS）对陆生植物毒性响应的影响，研究发现EPS可显著缓解AgNPs的植物累积和毒性效应。研究结果为有效评估和防控AgNPs的环境风险和保障食品安全提供必要理论支持。