Nature Nanotechnology (News)：纳米塑料在植物中富集现象研究

纳米技术

2020-09-14

弗里堡大学Fabienne Schwab等对最近纳米塑料在植物种的富集现象进行新闻报道。

植物通常会和自然界中土壤、地表水、火山爆发风化过程产生的纳米粒子发生相互作用并发生演变，人类在十年前就意识到了纳米粒子能和植物之间会发生相互作用，最近研究者通过对该问题进行研究，获取了一些比较重要的发现，主要在纳米农药领域中。伴随着人类活动产生的塑料纺织物和个人护理用品中塑料纳米粒子、纳米塑料物，以及最近出现的聚合物基纳米农药，塑料纳米粒子和植物之间的相互作用受到了科学家的广泛关注。

本文要点：

（1）

和动物细胞的区别之处在于，植物细胞仅仅能够对纳米粒子的一小部分在细胞间的共生体隔室部分发生聚集，有限的摄入过程通常是由于植物除了纳米厚度的磷脂双层细胞膜，还具有坚固的纤维素细胞壁、可达到数微米的共延伸的果胶网络。在此类细胞壁中，纳米粒子（尤其是负电性的）能够在微观细胞外通道发生移动，并且脉管系统得以实现水响应（即质外体运输）。一旦达到水传输系统中，纳米粒子会快速的转移到茎，叶子或水果中，虽然进一步的富集存在较大的阻碍。人们对黏液和渗出液的理解较少，但是认为纳米粒子在，根尖，根毛和气孔中存在同样严重的阻碍。对于单细胞藻类，遇到纳米粒子会产生和暴露多余的粘液是一种常见现象。

（2）

以往的纳米粒子在植物种运动的相关理解来自于实验种金属/金属氧化物-植物之间的相互作用，同时对塑料纳米粒子在植物体中的过程进行追溯更具挑战性。最近，袁宪正、王曙光等报道了通过对不同纳米粒子的表面进行电荷标记，进而将惰性金属/金属氧化物纳米粒子组装在聚苯乙烯塑料纳米粒子中，通过电子显微镜、共聚焦荧光显微镜、通过金属/荧光染料分子标记的塑料纳米粒子，作者展示了纳米粒子都会在一定程度上聚集在根附近，但是负电荷标记的塑料纳米粒子还能够聚集到植物脉管系统中（正电荷标记的纳米粒子无法实现）。正电荷的塑料纳米粒子通过静电相互作用，会在植物渗出液中聚集，并最终卡在根边界细胞和根毛附近的负电保护的粘液层中，随后吸附在植物表面上。

（3）

作者对g kg^-1~mg L^-1范围内塑料纳米粒子在植物中产生的毒性考察，结果显示在土壤中比在培养基中消除的速率更低，展示了土壤对消除有毒物种有更大优势。携带正电荷的塑料纳米粒子会引发植物的防御机制，携带负电荷的塑料纳米粒子的生物反应较弱，该结果说明主要吸附塑料纳米粒子为正电荷型，或者少量部分吸收细胞内的正电荷粒子，并会导致毒性作用，引发防御机制。

参考文献

Schwab, F., Rothen-Rutishauser, B. & Petri-Fink, A. When plants and plastic interact. Nat. Nanotechnol. 15, 729–730 (2020).

DOI: 10.1038/s41565-020-0762-x

https://www.nature.com/articles/s41565-020-0762-x

Sun, X., Yuan, X., Jia, Y. et al. Differentially charged nanoplastics demonstrate distinct accumulation in Arabidopsis thaliana. Nat. Nanotechnol. 15, 755–760 (2020).

https://doi.org/10.1038/s41565-020-0707-4