科研進(jìn)展
微塑料在小麥幼苗體內(nèi)的積累分布及其對(duì)小麥生長(zhǎng)和生理的影響研究獲新進(jìn)展
近年來(lái)，農(nóng)田、林地等內(nèi)陸土壤生態(tài)系統(tǒng)的微塑料污染問(wèn)題日益受到廣泛關(guān)注。地表徑流、污水灌溉、農(nóng)業(yè)設(shè)施(農(nóng)用地膜等)、肥料施用(污泥、有機(jī)肥等)，以及大氣沉降等是內(nèi)陸土壤中微塑料污染的重要來(lái)源。土壤中微塑料不僅通過(guò)食物鏈傳遞、富集，帶來(lái)潛在的環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)，也影響土壤作物的生長(zhǎng)發(fā)育。土壤中微塑料能否直接進(jìn)入作物，以及其對(duì)作物的相關(guān)毒性效應(yīng)等方面研究需引起重視。
關(guān)于植物中微塑料檢測(cè)多集中于熒光標(biāo)記方法，但其存在一定缺陷，如植物組織自發(fā)熒光的干擾，導(dǎo)致出現(xiàn)假陽(yáng)性的熒光信號(hào)。該方法是使用傳統(tǒng)熒光探針可視化植物中微塑料的一個(gè)普遍挑戰(zhàn)。由于微塑料的體積小和類似生物質(zhì)元素組成，也是檢測(cè)方法的一個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，迫切需要開(kāi)發(fā)植物中微塑料檢測(cè)新技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)植物中微塑料的準(zhǔn)確檢測(cè)和定量提供新的思路。
基于上述科學(xué)問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院（以下簡(jiǎn)稱西北研究院）范橋輝研究團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所駱永明研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行深入合作研究，利用高光譜增強(qiáng)暗場(chǎng)顯微鏡記錄了在400-1000 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的高光譜傳感器中PS的獨(dú)特光譜特征，進(jìn)而準(zhǔn)確示蹤了200 nm無(wú)標(biāo)記聚苯乙烯微塑料（PS）在小麥幼苗中的積累狀態(tài)。研究表明，PS主要在木質(zhì)部導(dǎo)管內(nèi)壁積累，并隨蒸騰流向地上部傳輸。高濃度PS顯著改變了小麥根系導(dǎo)水率，抑制了小麥主根和地上部生長(zhǎng)，降低了小麥葉片光合作用，并對(duì)小麥幼苗造成嚴(yán)重的氧化損傷。通過(guò)對(duì)比小麥暴露在PS及其透析液后的生理生化指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，PS透析液對(duì)小麥生長(zhǎng)、光合色素、抗氧化系統(tǒng)均無(wú)顯著影響?？梢酝茰y(cè)，暴露后小麥所產(chǎn)生的毒性效應(yīng)是由PS本身而不是由其合成過(guò)程中所添加的化學(xué)試劑引起的。研究成果可為準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)土壤-植物系統(tǒng)中微塑料的地球化學(xué)過(guò)程和行為提供重要理論基礎(chǔ)，并可為微塑料的生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和毒性評(píng)估等提供理論支持。
該成果以Visual tracking of label-free microplastics in wheat seedlings and their effects on crop growth and physiology為題發(fā)表在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域權(quán)威期刊Journal of Hazardous Materials。西北研究院博士生李瑞杰為論文第一作者，范橋輝研究員、駱永明研究員為通訊作者。該研究獲國(guó)家自然科學(xué)基金資助。
圖1 PS微球在小麥根和地上部的積累分布，PS微球及其透析液其對(duì)小麥生長(zhǎng)和生理影響
