東北地理所在大麥響應(yīng)納米塑料與大氣二氧化碳濃度升高的生理生態(tài)機(jī)制研究中取得進(jìn)展
由于人口增長(zhǎng)和收入增加，全球塑料產(chǎn)量翻了一倍，從2000年的2.34億噸增加到2019年的4.6億噸，由于不合理利用，導(dǎo)致塑料污染成為全球環(huán)境問(wèn)題。塑料在環(huán)境中經(jīng)過(guò)風(fēng)化、高溫和機(jī)械力破損等一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，分解成粒徑小于5 mm的微塑料，甚至形成粒徑小于100 nm的納米塑料。最新的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，納米塑料可以進(jìn)入植物根內(nèi)，并隨蒸騰作用從根部運(yùn)輸?shù)降厣喜俊＜{米塑料在植物體內(nèi)的積累會(huì)直接影響植物的生長(zhǎng)和生理代謝。納米塑料不僅可以直接影響植物生長(zhǎng)，還可能影響植物對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)，如大氣CO2濃度升高。大氣CO2濃度升高可以通過(guò)影響作物光合作用和呼吸代謝對(duì)作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量產(chǎn)生積極影響，而納米塑料作為新型土壤污染物，對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育產(chǎn)生直接的影響。
農(nóng)田納米塑料已成為影響作物生產(chǎn)的潛在因子，而大氣CO2濃度升高的趨勢(shì)日漸明顯，二者在未來(lái)作物生長(zhǎng)過(guò)程中都不可避免，其互作機(jī)制仍然未知。為此，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所作物生理與栽培學(xué)科組以大麥為研究對(duì)象，針對(duì)納米塑料與大氣CO2濃度升高影響大麥的生理機(jī)制開(kāi)展了相關(guān)研究。研究發(fā)現(xiàn)，納米塑料可以被大麥根系吸收并抑制根系生長(zhǎng)，CO2升高促進(jìn)大麥根系吸收更多的納米塑料，可能是由于根系生長(zhǎng)旺盛，提供了更多的裂縫吸收更多的納米塑料。納米塑料處理使大麥根系和葉片積累過(guò)多的H2O2，擾亂了活性氧（ROS）代謝，CO2升高通過(guò)調(diào)節(jié)抗氧化酶系統(tǒng)可以緩解納米塑料誘導(dǎo)的ROS升高。CO2升高通過(guò)減少納米塑料處理植株的電子產(chǎn)生來(lái)削弱納米塑料對(duì)光合作用的促進(jìn)效應(yīng)，降低大麥的同化能力。CO2升高誘導(dǎo)的高Ci和核心酶活性仍然促進(jìn)了納米塑料處理植株的卡爾文循環(huán)，通過(guò)影響核心酶活性而抑制納米塑料處理植株的呼吸代謝，表現(xiàn)為抑制糖酵解、三羧酸循化和呼吸電子傳遞效率。該研究首次提供了CO2升高條件下納米塑料對(duì)植物生理響應(yīng)的全面描述，對(duì)未來(lái)研究氣候變化背景下微塑料污染具有重要意義。
圖1. 大麥響應(yīng)納米塑料和大氣CO2濃度升高的生理響應(yīng)機(jī)制
該研究成果以“Elevated atmospheric CO2 concentration changes the eco-physiological response of barley to polystyrene nanoplastics”為題發(fā)表于Chemical Engineering Journal上，由中科院東北地理所作物生理與栽培學(xué)科組蹇述蓮、李書(shū)鑫、劉勝群（共同通訊作者）、李向楠（通訊作者）等完成，研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA28020400）、國(guó)家優(yōu)秀青年自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
論文信息如下：
Jian S#, Li S#, Liu F, Liu S*, Gong L, Jiang Y, Li X*. Elevated atmospheric CO2 concentration changes the eco-physiological response of barley to polystyrene nanoplastics. Chemical Engineering Journal. 2022, 141135.
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.141135
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