热电厂邻近性对橄榄树生化特性及人体细胞毒性的影响研究

《Scientific Reports》：Thermal power plant proximity alters Olive composition and induces cytotoxicity in human cells

　　本研究针对热电厂(TPP)排放对橄榄树生化组成及健康风险的影响展开深入探讨。研究人员通过分析不同距离采样点的橄榄叶和果实，发现TPP邻近性导致重金属(As、Cd、Cr、Ni、Pb)显著积累，同时降低必需矿物质(Ca、Mg、Fe、Mn)含量。HPLC-DAD分析显示次生代谢物积累减少，而细胞实验表明近TPP的橄榄叶提取物对BEAS-2B等人体细胞具有更强毒性。该研究首次系统揭示工业污染通过改变植物化学组成影响食品安全，为环境监测和农业规划提供重要依据。

　　

在地中海沿岸的阳光下，橄榄树一直被视为健康与长寿的象征。然而，随着工业化进程的加速，这些古老的树木正面临着前所未有的挑战。位于土耳其穆拉省的亚塔甘热电厂，作为该地区重要的能源供应基地，其排放物对周边生态系统产生了深远影响。长期以来，人们担忧工业排放会导致农作物污染，但热电厂邻近性如何具体影响橄榄树的生化特性及其衍生产品的健康效应，仍缺乏系统研究。

橄榄树(Olea europaea)作为地中海地区的重要经济作物，其果实和叶片富含多种生物活性化合物，如橄榄苦苷(oleuropein)、羟基酪醇(hydroxytyrosol)和黄酮类物质(flavonoids)，这些成分具有抗氧化、抗炎和抗菌等多种健康功效。然而，在工业污染环境下，植物为应对胁迫条件可能改变其代谢途径，进而影响营养成分的积累。更令人担忧的是，重金属等污染物可能通过食物链进入人体，对健康构成潜在威胁。

为了解决这些问题，研究人员开展了一项创新性研究，系统分析了亚塔甘热电厂不同距离(最近的热点村庄萨欣勒、中间的亚塔甘中心和最远的德斯坦村)采集的橄榄叶和果实的元素组成、次生代谢物谱及其生物学效应。该研究首次将环境污染物暴露、植物生化响应和人体健康风险三者联系起来，为理解工业污染对农业生态系统的影响提供了新视角。

研究团队采用了多种关键技术方法：通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)分析矿物和重金属含量；利用高效液相色谱-二极管阵列检测器(HPLC-DAD)鉴定次生代谢物组成；采用MTT法评估提取物对四种人体细胞系(ARPE-19视网膜上皮细胞、MCF10A乳腺上皮细胞、BEAS-2B支气管上皮细胞和HUVEC脐静脉内皮细胞)的细胞毒性；通过微量稀释法测定抗菌活性。所有样本均来自土耳其穆拉省亚塔甘地区三个不同距离的热电厂周边区域。

热电厂邻近性对橄榄叶和果实形态生理特性的影响

研究表明，热电厂邻近性显著影响橄榄树的生长状况。与最远的德斯坦村相比，最近的热点村庄萨欣勒的橄榄树叶和果实尺寸更小，干重显著降低。萨欣勒的叶片干重比德斯坦低约25%，果实干重低约17%，表明热电厂排放可能导致重金属胁迫，进而抑制植物生长。这种形态变化可能与重金属干扰光合作用和营养吸收有关。

热电厂邻近性对橄榄叶和果实矿物质和重金属组成的影响

元素分析揭示了更加明显的变化趋势。萨欣勒样本的必需矿物质含量普遍低于德斯坦样本：钙(Ca)在叶片中降低87.7%，在果实中降低91.7%；镁(Mg)在叶片和果实中分别降低52.0%和62.4%；铁(Fe)在叶片中降低76.7%；锰(Mn)在叶片和果实中分别降低70.5%和68.3%。

相比之下，有毒元素在萨欣勒样本中显著积累：钴(Co)在叶片和果实中分别增加223倍和29.5倍；铜(Cu)分别增加5.6倍和8倍；镍(Ni)分别增加20.9倍和11.7倍；砷(As)分别增加81.5倍和27倍；镉(Cd)分别增加185.5倍和20.8倍；铬(Cr)在叶片中增加438倍，在果实中增加17.4倍；铅(Pb)在叶片中增加60倍，在果实中增加6.75倍。

相关性分析显示，必需营养素之间存在正相关，有毒元素之间也存在正相关，而两类物质之间主要呈现负相关关系，表明重金属污染确实干扰了植物的正常营养吸收。

不同距离热电厂采集的橄榄叶和果实的生化组成

代谢物分析显示，热电厂距离显著影响橄榄的次生代谢物谱。果实提取物主要含有橄榄苦苷配基(oleuropein aglycone)、新橙皮苷11-甲基橄榄苷(nüzhenide 11-methyl oleoside)和橄榄刺激醛(oleocanthal)等化合物。德斯坦样本(最远)的化合物多样性和含量最高，而萨欣勒样本(最近)的最低。

具体而言，德斯坦果实提取物中的橄榄苦苷配基D7比萨欣勒高17.4倍，新橙皮苷11-甲基橄榄苷D3和D4分别高3.4倍和4.8倍。值得注意的是，某些代谢物如原儿茶酸(protocatechuic acid)、没食子酸(gallic acid)和芹菜素(apigenin)仅在热电厂附近的样本中检测到。

叶片提取物中，橄榄苦苷配基D7、芹菜素-7-葡萄糖苷(apigenin-7-glucoside)和木犀草素-7-葡萄糖苷(luteolin-7-glucoside)是主要成分。与果实类似，德斯坦的叶片样本中这些生物活性化合物的含量最高。

果实和叶片提取物对人体细胞的细胞毒性谱

细胞实验结果显示，热电厂邻近性显著影响橄榄提取物的生物效应。在ARPE-19和MCF10A细胞中，萨欣勒(最近点)的叶片提取物在100μg/mL浓度下处理48小时显示出更强的细胞毒性。BEAS-2B细胞对热电厂附近样本的提取物最为敏感，500μg/mL的萨欣勒叶片提取物导致约80%细胞死亡。

计算得到的IC₅₀值(半数抑制浓度)进一步证实了这一趋势：萨欣勒叶片提取物对BEAS-2B细胞的IC₅₀为127.18μg/mL，显著低于德斯坦样本的248.20μg/mL。值得注意的是，果实提取物在BEAS-2B和HUVEC细胞中显示出更强的细胞毒性，而叶片提取物在ARPE-19和MCF10A细胞中毒性更强。

果实和叶片提取物对病原菌和真菌的抗菌和抗真菌活性

抗菌实验表明，所有橄榄叶和果实提取物仅对金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus)表现出抗菌活性，对其他测试的革兰氏阴性菌(如大肠杆菌Escherichia coli、铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa)和白色念珠菌(Candida albicans)均无抑制作用。叶片提取物的抗菌活性普遍高于果实提取物，但热电厂距离对抗菌活性影响不明显。萨欣勒叶片提取物对金黄色葡萄球菌的最小抑制浓度(MIC)为12.5 mg/mL，与德斯坦样本(12.5 mg/mL)相当。

研究结论和意义方面，该研究首次系统证实热电厂邻近性通过双重机制影响橄榄树的生化特性：一方面导致有毒重金属积累和必需矿物质减少，另一方面改变次生代谢物谱。这些变化不仅影响橄榄的营养价值，还可能增加健康风险。靠近热电厂的橄榄叶提取物表现出更强的细胞毒性，可能与重金属含量升高及抗氧化成分减少有关。

从农业安全和公共健康角度，研究发现强调需要重新评估热电厂等工业设施周边的农业生产布局。重金属在橄榄果实中的积累超过安全限值，特别是镉(Cd)、铅(Pb)等有毒元素，可能通过食物链进入人体，长期摄入可能带来健康风险。研究结果为制定更严格的环境监测标准和农业管理政策提供了科学依据。

在植物生理学层面，橄榄树对重金属胁迫的响应表现为特定次生代谢物(如芹菜素和没食子酸)的选择性积累，这可能是植物的一种适应性防御机制。然而，这种应激响应以牺牲其他有益化合物(如橄榄刺激醛)为代价，最终降低了橄榄产品的整体营养价值。

该研究的创新性在于将环境污染物暴露、植物生化响应和人体健康风险三者有机结合，为理解工业污染对农业生态系统的综合影响提供了新视角。研究结果强调，未来在规划热电厂等工业设施时，必须充分考虑其对周边农业生态系统和食品安全的潜在影响，并建立相应的监测和预警机制。

综上所述，这项发表在《Scientific Reports》的研究深入揭示了热电厂排放对橄榄树生化特性及健康风险的深远影响，为环境科学、农业管理和公共健康领域的相关决策提供了重要科学依据。随着工业化进程的不断推进，此类研究对于保障食品安全和可持续发展具有重要意义。