聚乳酸（PLA）作为传统石油基塑料的理想替代品，是目前全球生产和消费最广泛的生物降解塑料。然而，与传统的石油基塑料相比，PLA对光氧化降解的敏感性更高，在同一时期内，PLA产生的微塑料（MPs）是传统石油基塑料的十倍。这大大增加了MPs在环境中累积的可能性，对植物的生长发育构成潜在威胁。本研究利用转录组学和代谢组学研究了不同时期聚乳酸微塑料（PLA-MPs）对上海青（
Brassica chinensis
L.）生理生化特性的影响。研究结果表明，暴露于不同浓度的PLA-MPs会对
Brassica chinensis
L.的生长和发育产生不同的影响。转录组分析表明，PLA-MPs直接影响与植物激素相关的基因的表达，如
SnRK2
和
BnaA01g27170D
等。此外，PLA-MPs还能够通过调节其他基因的表达影响植物的生长和发育，如与硫代谢和甘油磷酸代谢有关的基因。代谢组学分析表明，L-谷氨酰胺和精氨酸等代谢物的水平会随PLA-MPs的变化而发生变化，从而影响与维生素B6代谢、一碳叶酸池代谢、甘油磷脂代谢和半胱氨酸代谢有关的途径。这项研究为了解生物可降解微塑料（BMP）对植物的潜在影响提供了新的视角，并强调有必要进一步研究BMP对陆地生态系统可能产生的更重大影响。
本研究以PLA-MPs为研究对象，通过发芽试验和盆栽试验探究PLA-MPs填埋20d、40d前后土壤性质以及
Brassica chinensis
L.长过程中各项生理指标、叶片转录和代谢水平的变化。结果表明，暴露于不同浓度的PLA-MPs中的
Brassica chinensis
L.根长、地上部分高度与根系活力均受到抑制，植物生长受到影响（图1a-f）。此外，
Brassica chinensi
s
L.体内的抗氧化酶活性也发生了变化（图2a-f），这可能是植物抵御PLA-MPs胁迫的一种保护机制，以维持氧化还原平衡和植物的整体健康。在填埋过程中，PLA-MPs使土壤pH以及DOC、TP、TN、NH
3
N、N
O
3
N等的含量发生变化（图3a-f），但不同的实验条件、塑料类型和剂量可能导致不同的结果。综合以上结果表明，土壤中的PLA-MPs会影响
Brassica chinensis
L.的正常生长。
图1 暴露于不同浓度PLA-MPs下
Brassica chinensis
L.的生长指标。
（a）20 d根长；（b）40 d根长；（c）20 d地上部分高度；（d）40 d地上部分高度；（e）20 d根系活力；（f）40 d根系活力。
图2 暴露于不同浓度PLA-MPs下
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L.的抗氧化指标。
（a）20 d CAT活性；（b）40 d CAT活性；（c）20 d SOD活性；（d）40 d SOD活性；（e）20 d MDA含量；（f）40 d MDA活性。
（a）土壤 DOC；（b）土壤 Ph；（c）土壤 TP；（d）土壤 TN；（e）土壤 NH
3
-N；（f）土壤 N
O
3
-N。
对
Brassica chinensis
L.叶片进行主成分分析（PCA，图4a），可以发现20 d和40 d时PLA-MPs处理组与对照组均出现显著的分离。进一步筛选各样本间差异表达的基因（DEGs），对DEGs进行GO功能注释分析（图4b），DEGs在生物过程、细胞组分和分子功能等方面均有富集。
图4 PLA-MPs处理下
Brassica chinensis
L.基因表达。
（a）样本间PCA分析；（b）样本基因GO功能注释分析。
对不同浓度PLA-MPs
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L.处理组和对照组间的上/下调DEGs进行进KEGG通路富集分析（图5a-d），20 d时，PLA-MPs处理组上调DEGs主要富集在植物激素信号转导通路，下调DEGs主要富集在植物激素信号转导、MAPK信号通路、丙酸代谢、硫代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解、油菜素类固醇生物合成、鞘糖脂生物合成-神经节系列等通路；40 d，PLA-MPs处理组上调DEGs主要富集在植物激素信号转导、其他聚糖降解、核黄素代谢、亚油酸代谢等通路，下调DEGs主要富集在二萜类生物合成、植物激素信号转导、鞘糖脂生物合成-神经节系列、糖胺聚糖降解、色氨酸代谢、油菜素类固醇生物合成、过氧化物酶体及其他类型的O-聚糖生物合成等通路。将其中表达量变化最大的前二十个基因进行统计，结果表明，受到主要影响的通路有植物激素信号转导（
SnRK2
、
BnaA01g27170D
、
TIFY 11B
、
TIFY 10A
、
TIFY
10A-like
）、硫代谢（
ETHE1
）以及甘油磷酸脂代谢等（图5e）。
图5 PLA-MPs处理下
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L.样本DEGs分析。
（a）DEGs 20 d up KEGG富集分析；（b）DEGs 20 d down KEGG富集分析；（c）DEGs 40 d up KEGG富集分析；（d）DEGs 40 d down KEGG富集分析；（e）DEGs表达量分析。
为了初步了解在PLA-MPs胁迫下各样本之间的总体代谢物差异以及组内样本间重复性的好坏，对PLA-MPs处理下的样本进行PLS-DA分析（图6a），PLS-DA分析结果表明，20 d和40 d，PLA-MPs处理组均与对照组显著分离，这与转录组结果一致。将PLA-MPs处理组与对照组间两两比较的差异代谢物（DEMs）进行分析（图6c，d），20d时，与对照组相比，PLA-MPs鉴定出107种DEMs（上调69种，下调38种）；40 d时，与对照组相比，PLA-MPs处理组鉴定出100种DEMs（上调38种，下调52种）。
为进一步研究DEMs主要的生物学功能，使用KEGG数据库对DEMs进行注释分析（图6d）。代谢通路分析表明，DEMs主要参与细胞过程、遗传信息处理、环境信息处理和代谢等过程。其中参与代谢的DEMs种类最多，其中与植物激素相关的过程包括其他次生代谢物的生物合成、能量代谢、碳水化合物代谢、氨基酸代谢、脂质代谢的代谢等。其次是环境信息处理，其中膜运输，信号转导等与植物激素信号转导相关。
图6 PLA-MPs处理下
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L.代谢物分析。
（a）PLA-MPs处理下
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L.代谢物PLS-DA分析；（b）PLA-MPs处理下
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L. 20 d DEMs分析；（c）PLA-MPs处理下
Brassica chinensis
L. 40 d DEMs分析；（d）PLA-MPs处理下
Brassica chinensis
L.代谢物KEGG功能通路分析。
为了寻找关键代谢物，对PLA-MPs处理组与对照组间的DEMs进行KEGG通路富集分析（图7a-d）。发现在20 d时
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L.叶片内注释到氮代谢、氨酰tRNA生物合成、维生素B6代谢等通路中的的L-谷氨酰胺含量显著升高。注释到一个叶酸碳池、代谢途径等通路中的叶酸（FA，维生素B9）含量有明显的减少。在40 d时，PLA-MPs处理组的
Brassica chinensis
L.叶片注释到甘油磷脂代谢、硫代谢以及半胱氨酸和蛋氨酸代谢通路中的L-丝氨酸数目显著增加，注释到甘油磷脂代谢、硫代谢以及半胱氨酸和蛋氨酸代谢通路中的精氨酸数目显著减少。
图
7
PLA-MPs
处理下
上海青
DEMs
KEGG
富集分析。
（
a
）
20 d up
；
（
b
）
20 d down
；
（
c
）
40 d up
；
（
d
）
40
d
down
。
综上所述，本研究基于转录组学和代谢组学分析了聚乳酸微塑料（PLA-MPs）对上海青不同时期生理生化特性的影响。结合现有研究表明，PLA生物可降解农业薄膜有可能作为传统非降解薄膜的替代品，同时帮助减少环境白色污染，且不影响作物质量。然而，当前研究主要处于单一暴露条件，在实际复杂的环境背景下PLA-MPs可能比传统微塑料降解得更快。这意味着PLA-MPs可能作为环境污染物的载体，改变这些污染物对植物的暴露风险。未来的研究应该考虑老化PLA-MPs与各种污染物的联合毒性，以全面了解它们对生态系统的影响。这些发现将为PLA-MPs与植物之间的相互作用提供有价值的见解，并为评估可生物降解塑料作为农业生态系统中传统塑料替代品的潜力提供理论基础。
