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

中国科学院烟台海岸带研究所李连祯副研究员、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)发表在最新一期的《自然·可持续性》(Nature Sustainability)上。

塑料垃圾是我们生活之中最常见的一种环境污染物质,塑料污染正成为整个地球表层生态系统最严重的威胁之一。海洋中小于5毫米的微塑料越来越被人们知晓,我们日常食用的海产品、盐、啤酒和自来水以及呼吸的空气中也发现存在大量的微塑料。但对于陆地生态系统中微塑料的了解甚少。土壤中的微塑料可能是一个更严重的环境问题,污泥和塑料地膜是土壤微塑料的两大来源(图1)。污水处理厂收集的生活污水、工业废水和雨水也都含有塑料。水体中和大气中的微塑料都可能导致土壤中微塑料的积累。

图一:污泥和塑料地膜是潜在微塑料污染来源 (摄影:李健 于洪丽 李连祯)

 

先前科学家一致认为微塑料在日常食用的蔬菜和农作物之中是“不可能”存在的,因为植物根系表皮的孔隙非常小,而塑料微粒都比较大。然而,由骆永明研究组完成的最新的研究显示,通过废水水培试验和模拟废水灌溉的沙土培养试验,发现尺寸在亚微米级甚至是微米级的塑料颗粒都可以穿透小麦和生菜根系进入植物体,并能在蒸腾拉力的作用下通过导管系统随水流和营养流进入作物可食用部位。研究团队发现,大约两微米甚至更大的塑料微粒也可以进入植物中(图2)。由于塑料颗粒本身具有较强的粘附性,很容易被植物根系分泌的多糖粘液所捕获。此外,塑料颗粒本身也具有一定柔韧性,它们或可能在受到挤压力的作用下进入到狭小的根部质外体空间,进一步渗透进入根系皮层组织甚至到达导管组织中。同时,该研究小组还发现了另一种塑料颗粒进入植物体的通道与机制:在植物新生侧根边缘存在狭小的缝隙(图3),塑料颗粒可以通过该“通道”跨过屏障而进入根部木质部导管并进一步传输到茎叶组织。对于进入到植物体的微塑料确切含量,研究小组正在开展研究,以定量化表征更多信息。

图二:生菜根(左图ab)和叶(左c)中的0.2 μm聚苯乙烯塑料微球以及小麦幼苗根(右图a-d)和茎(右图e, f)、叶(右图g, h)中的2.0 μm聚苯乙烯塑料微球

 

图三:环境扫描电镜显示小麦新生侧根的生出导致在主根周边产生明显缝隙

 

真实环境中发生植物吸收富集微塑料是非常令人担忧的,这也意味着微塑料可能通过食物链传递而存在于我们所食用的肉类和奶制品中(图4)。我们目前还不了解摄入微塑料如何影响我们的健康,需要对微塑料摄入的健康效应开展研究。但即使摄入微塑料没有明显的副作用,由于塑料中含有害的化学添加剂(如增塑剂、阻燃剂等),这可能会产生长期的不良影响。另外,除了可能产生人体健康风险外,从农业环境可持续性发展的角度考虑,也亟需对塑料垃圾的堆放及微塑料向环境的排放进行有效监控。

图四:生菜和小麦吸收和传输微塑料颗粒的过程及其在食物链中传递路径

 

相关研究发表于713日的Nature Sustainability 杂志上,Nature Sustainability还同期刊发德国柏林自由大学著名土壤生态学家Matthias C. Rillig的评述文章,专门对该研究进展进行了详细介绍和高度评价。他认为这项工作标志着陆地生态系统微塑料研究的重要里程碑(marks an important milestone for terrestrial plastic research)。论文被接受后,应Nature Research Sustainability Community邀请,论文第一作者李连祯副研究员和通讯作者骆永明研究员为“Behind the Paper”专栏撰写了题为“Crop plants are taking up microplastics”的文章。该研究由中国科学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。

 

文章链接:https://www.nature.com/articles/s41893-020-0567-9

Matthias C. Rillig教授评论文章链接:https://www.nature.com/articles/s41893-020-0583-9

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



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