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)機制研究中取得進(jìn)展
由于人口增長和收入增加，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)境問題。塑料在環(huán)境中經(jīng)過風(fēng)化、高溫和機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輸?shù)降厣喜?。納米塑料在植物體內(nèi)的積累會直接影響植物的生長和生理代謝。納米塑料不僅可以直接影響植物生長，還可能影響植物對環(huán)境變化的響應(yīng)，如大氣CO2濃度升高。大氣CO2濃度升高可以通過影響作物光合作用和呼吸代謝對作物生長和產(chǎn)量產(chǎn)生積極影響，而納米塑料作為新型土壤污染物，對作物的生長發(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濃度升高的趨勢日漸明顯，二者在未來作物生長過程中都不可避免，其互作機制仍然未知。為此，中國科學(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象，針對納米塑料與大氣CO2濃度升高影響大麥的生理機制開展了相關(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，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多的H2O2，擾亂了活性氧（ROS）代謝，CO2升高通過調(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升高通過減少納米塑料處理植株的電子產(chǎn)生來削弱納米塑料對光合作用的促進(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植物生理響應(yīng)的全面描述，對未來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，研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（XDA28020400）、國家優(yōu)秀青年自然科學(xué)基金等項目資助。
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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