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                      Nature Sustainability发表烟台海岸带所关于作物吸收微塑料通道与机制的最新成果

                      中國科學院烟台海岸带研究所李連祯副研究员、骆永明研究员等在作物吸收微塑料通道与机制领域取得重要进展,研究成果“微塑料可通过新生侧根间隙进入可食作物”(Effective uptake of submicrometre plastics by crop plants via a crack-entry mode)發表在最新一期的《自然·可持續性》(Nature Sustainability)上。

                      塑料垃圾是我們生活之中最常見的一種環境汙染物質,塑料汙染正成爲整個地球表層生態系統最嚴重的威脅之一。海洋中小于5毫米的微塑料越來越被人們知曉,我們日常食用的海産品、鹽、啤酒和自來水以及呼吸的空氣中也發現存在大量的微塑料。但對于陸地生態系統中微塑料的了解甚少。土壤中的微塑料可能是一個更嚴重的環境問題,汙泥和塑料地膜是土壤微塑料的兩大來源(圖1)。汙水處理廠收集的生活汙水、工業廢水和雨水也都含有塑料。水體中和大氣中的微塑料都可能導致土壤中微塑料的積累。

                      圖一:汙泥和塑料地膜是潛在微塑料汙染來源 (攝影:李健 于洪麗 李連祯)

                       

                      先前科學家一致認爲微塑料在日常食用的蔬菜和農作物之中是“不可能”存在的,因爲植物根系表皮的孔隙非常小,而塑料微粒都比較大。然而,由駱永明研究組完成的最新的研究顯示,通過廢水水培試驗和模擬廢水灌溉的沙土培養試驗,發現尺寸在亞微米級甚至是微米級的塑料顆粒都可以穿透小麥和生菜根系進入植物體,並能在蒸騰拉力的作用下通過導管系統隨水流和營養流進入作物可食用部位。研究團隊發現,大約兩微米甚至更大的塑料微粒也可以進入植物中(圖2)。由于塑料顆粒本身具有較強的粘附性,很容易被植物根系分泌的多糖粘液所捕獲。此外,塑料顆粒本身也具有一定柔韌性,它們或可能在受到擠壓力的作用下進入到狹小的根部質外體空間,進一步滲透進入根系皮層組織甚至到達導管組織中。同時,該研究小組還發現了另一種塑料顆粒進入植物體的通道與機制:在植物新生側根邊緣存在狹小的縫隙(圖3),塑料顆粒可以通過該“通道”跨過屏障而進入根部木質部導管並進一步傳輸到莖葉組織。對于進入到植物體的微塑料確切含量,研究小組正在開展研究,以定量化表征更多信息。

                      圖二:生菜根(左圖ab)和葉(左c)中的0.2 μm聚苯乙烯塑料微球以及小麥幼苗根(右圖a-d)和莖(右圖e, f)、葉(右圖g, h)中的2.0 μm聚苯乙烯塑料微球

                       

                      圖三:環境掃描電鏡顯示小麥新生側根的生出導致在主根周邊産生明顯縫隙

                       

                      真實環境中發生植物吸收富集微塑料是非常令人擔憂的,這也意味著微塑料可能通過食物鏈傳遞而存在于我們所食用的肉類和奶制品中(圖4)。我們目前還不了解攝入微塑料如何影響我們的健康,需要對微塑料攝入的健康效應開展研究。但即使攝入微塑料沒有明顯的副作用,由于塑料中含有害的化學添加劑(如增塑劑、阻燃劑等),這可能會産生長期的不良影響。另外,除了可能産生人體健康風險外,從農業環境可持續性發展的角度考慮,也亟需對塑料垃圾的堆放及微塑料向環境的排放進行有效監控。

                      圖四:生菜和小麥吸收和傳輸微塑料顆粒的過程及其在食物鏈中傳遞路徑

                       

                      相關研究發表于713日的Nature Sustainability 雜志上,Nature Sustainability還同期刊發德國柏林自由大學著名土壤生態學家Matthias C. Rillig的評述文章,專門對該研究進展進行了詳細介紹和高度評價。他認爲這項工作標志著陸地生態系統微塑料研究的重要裏程碑(marks an important milestone for terrestrial plastic research)。論文被接受后,应Nature Research Sustainability Community邀请,論文第一作者李連祯副研究员和通讯作者骆永明研究员为“Behind the Paper”專欄撰寫了題爲“Crop plants are taking up microplastics”的文章。该研究由中國科學院烟台海岸带研究所与南京土壤研究所合作完成,得到了国家自然科学基金委项目、中科院前沿科学重点研究项目等项目的资助。

                       

                      文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41893-020-0567-9

                      Matthias C. Rillig教授评論文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41893-020-0583-9

                      Nature Sustainability Community文章鏈接:https://sustainabilitycommunity.springernature.com/posts/crop-plants-take-up-microplastics



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