發(fā)布時(shí)間：2025-09-24來源：顏昌宙研究組
塑料制品因其成本低、重量輕、便于攜帶等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中。但因傳統(tǒng)塑料的降解性有限，這同時(shí)導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和政府法規(guī)的實(shí)施，為了應(yīng)對(duì)塑料污染問題，更加綠色環(huán)保的可生物降解塑料制品被開發(fā)、生產(chǎn)和使用。其中，聚乳酸因其原材料來源于可再生植物，被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、食品包裝和醫(yī)療器械等各個(gè)行業(yè)。盡管人們普遍認(rèn)為可生物降解微塑料會(huì)被環(huán)境中的微生物完全降解，但這種易感性表明它可能更容易分解成粒徑小于5毫米的微塑料（Microplastics，MPs），甚至納米塑料（Nanoplastics，NPs）。這些MPs和NPs會(huì)擾亂生物地球化學(xué)循環(huán)，阻礙植物的發(fā)育，并可通過食物鏈對(duì)人類健康構(gòu)成威脅，具有引發(fā)各種生態(tài)和健康問題的風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，類金屬因具有致癌、致畸、致突變的高毒性，使其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中受到高度重視。然而，目前我們對(duì)可生物降解M(N)Ps與砷聯(lián)合污染下對(duì)農(nóng)作物的綜合影響及其聯(lián)合毒性機(jī)制尚不清楚。
因此，為了解決上述問題，本研究以聚乳酸作為可生物降解的代表性塑料，以水稻作為模式植物，利用熒光標(biāo)記技術(shù)、激光剝蝕技術(shù)和代謝組學(xué)技術(shù)等，探究了不同粒徑和老化情況聚乳酸與砷聯(lián)合污染在水稻幼苗體內(nèi)的協(xié)同運(yùn)輸情況及其對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的影響，并深入探究其了其聯(lián)合毒性作用的代謝組學(xué)機(jī)制。結(jié)果證實(shí)，聚乳酸是砷的有效載體，其可促進(jìn)砷通過根系木質(zhì)部在葉脈中遷移和聚集，從而增強(qiáng)水稻幼苗中的總砷積累量，誘導(dǎo)植物氧化應(yīng)激并降低光合效率，加劇了砷對(duì)植物生長(zhǎng)的不利影響。相比之下，納米尺寸和老化的聚乳酸表現(xiàn)出更強(qiáng)的載體效應(yīng)。并且，較大尺寸的聚乳酸抑制了砷向植物的遷移，降低了砷對(duì)水稻幼苗的毒性作用。聚乳酸和砷的聯(lián)合污染通過影響氨基酸、碳水化合物和脂質(zhì)代謝等初級(jí)代謝，及其下游次生代謝途徑導(dǎo)致植物生長(zhǎng)發(fā)育異常。其中，TCA循環(huán)、苯丙氨酸及酪氨酸和色氨酸的生物合成是最重要的代謝樞紐。
總的來說，這項(xiàng)研究的結(jié)果有助于了解M(N)Ps和HMs對(duì)植物毒理學(xué)影響的復(fù)雜機(jī)制，為未來MPs和HMs聯(lián)合污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)研究提供了一定的指導(dǎo)，也為MPs和HMs對(duì)植物的毒理學(xué)影響提供了重要的見解。研究結(jié)果分別以Aged and nano-sized polylactic acid enhanced arsenic accumulation and phytotoxicity in rice seedlings: Compared with micro-sized polylactic acid和Effects of different size polylactic acid on arsenic migration and rhizosphere microorganisms in soil-rice system為題，發(fā)表于植物科學(xué)領(lǐng)域TOP期刊Plant Physiology and Biochemistry和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域知名期刊Environmental Pollution。博士后安秋穎為第一作者，顏昌宙研究員為通訊作者。該研究得到了中國科學(xué)院A類戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)子課題（XDA23030203）和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2022YFF1301304）的支持。
不同粒徑聚乳酸影響砷對(duì)水稻幼苗植物毒性的機(jī)理概念圖
不同粒徑和老化情況聚乳酸與砷在水稻幼苗體內(nèi)的協(xié)同運(yùn)輸及其代謝毒性機(jī)制概念圖
(文：顏昌宙研究組；圖：顏昌宙研究組)
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