科研進展
微塑料在小麥幼苗體內(nèi)的積累分布及其對小麥生長和生理的影響研究獲新進展
近年來，農(nóng)田、林地等內(nèi)陸土壤生態(tài)系統(tǒng)的微塑料污染問題日益受到廣泛關(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源。土壤中微塑料不僅通過食物鏈傳遞、富集，帶來潛在的環(huán)境健康風險，也影響土壤作物的生長發(fā)育。土壤中微塑料能否直接進入作物，以及其對作物的相關(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多集中于熒光標記方法，但其存在一定缺陷，如植物組織自發(fā)熒光的干擾，導致出現(xiàn)假陽性的熒光信號。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，也是檢測方法的一個技術(shù)挑戰(zhàn)。因此，迫切需要開發(fā)植物中微塑料檢測新技術(shù)，為實現(xiàn)植物中微塑料的準確檢測和定量提供新的思路。
基于上述科學問題，中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院（以下簡稱西北研究院）范橋輝研究團隊與中國科學院南京土壤研究所駱永明研究團隊進行深入合作研究，利用高光譜增強暗場顯微鏡記錄了在400-1000 nm波長范圍內(nèi)的高光譜傳感器中PS的獨特光譜特征，進而準確示蹤了200 nm無標記聚苯乙烯微塑料（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水率，抑制了小麥主根和地上部生長，降低了小麥葉片光合作用，并對小麥幼苗造成嚴重的氧化損傷。通過對比小麥暴露在PS及其透析液后的生理生化指標發(fā)現(xiàn)，PS透析液對小麥生長、光合色素、抗氧化系統(tǒng)均無顯著影響?？梢酝茰y，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程中所添加的化學試劑引起的。研究成果可為準確認識土壤-植物系統(tǒng)中微塑料的地球化學過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)境風險和毒性評估等提供理論支持。
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。該研究獲國家自然科學基金資助。
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小麥生長和生理影響
