東北地理所在褪黑素與聚苯乙烯納米微粒互作機制研究中取得進展
近年來，隨著塑料制品的大量生產與廣泛應用，塑料污染已成為世界范圍內的環境問題。聚苯乙烯納米微粒在土壤中的大量積累嚴重威脅了農作物生產和糧食安全。已有研究表明土壤中納米塑料的積累改變了植物根際微環境，納米塑料微粒可通過側根出苗點進入植株，進而影響其生長發育過程。褪黑素是一種可以誘導植物生物脅迫和非生物脅迫抗性的小分子物質，但是目前關于褪黑素與聚苯乙烯納米微粒互作機制仍不清楚。
東北地理所作物生理與栽培學科組研究人員以小麥為研究對象，針對褪黑素影響聚苯乙烯納米微粒吸收、轉運及生理作用進行了研究。借助激光共聚焦和掃描電鏡觀察發現，聚苯乙烯納米微粒可以被小麥根系吸收，并且當小麥根系暴露于褪黑素和聚苯乙烯納米微粒的混合溶液中時，小麥葉片和根系中聚苯乙烯納米微粒的積累量減少。RT-qPCR分析表明，外源褪黑素能夠調節葉片中水通道蛋白相關基因TIP2-9、PIP2、PIP3和PIP1.2的表達以及根系中TIP2-9、PIP1-5、PIP2和PIP1.2的表達。針對褪黑素處理減少聚苯乙烯納米微粒對小麥影響的生理機制，研究人員從內源褪黑素代謝、碳水化合物代謝、活性氧代謝等三個方面對暴露于聚苯乙烯納米微粒的小麥葉片和根系進行進一步的分析。結果表明，施加的外源褪黑素參與小麥植株對聚苯乙烯納米微粒的響應，但不依賴于內源褪黑素代謝；同時，外源褪黑素施加還可以通過改變多種抗氧化酶活性（包括CAT、GST、APX、MDHAR、DHAR、GR和SOD）維持聚苯乙烯納米微粒造成的氧化脅迫下小麥的氧化還原穩態平衡，并且通過改變碳水化合物代謝水平，保證小麥生長所需的物質和能量供應，從而增強植株對聚苯乙烯納米微粒毒性的耐受性。
研究成果發表于Journal of Pineal Research（IF=13.007），由作物生理與栽培課題組博士研究生李書鑫和郭俊紅（共同第一作者）、李向楠研究員（通訊作者）等完成。相關工作得到了國家優秀青年基金，國家自然科學基金等項目資助。
論文信息：
Li Shuxin, Guo Junhong, Wang Tianya, Gong Lei, Liu Fulai, Marian Brestic, Liu Shengqun, Song Fengbin, Li Xiangnan*. Melatonin reduces nanoplastic uptake, translocation and toxicity in wheat. Journal of Pineal Research, 2021, DOI: 10.1111/jpi.12761.
文章鏈接：https://doi.org/10.1111/jpi.12761
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