東北地理所在塑料顆粒影響作物低溫抗性研究中取得進展
全球每年消耗大約2.45億噸塑料，而其中91%的塑料產品未被回收。2016年，聯合國環境大會將微塑料問題等同于全球氣候變化等全球性重大環境問題。在高投入農業中，塑料制品的大量使用，使塑料顆粒容易進入土壤環境，而作物可以通過裂紋侵入模式吸收塑料顆粒，從而受到塑料顆粒的影響，不利于自身生長。然而，對于塑料顆粒如何影響作物低溫抗性仍研究較少。為此，東北地理所科研人員以大麥為研究對象，針對納米塑料顆粒影響大麥低溫抗性生理機制開展了相關研究。
利用熒光顯微鏡觀察發現，經熒光標記納米塑料處理的大麥植株葉片的原生質體中具有熒光，表明納米塑料進入植物細胞。在低溫脅迫下，納米塑料顆粒處理的大麥植株葉片具有更小的凈光合速率。進一步提取葉綠體后發現，納米塑料顆粒處理降低了Mg2+-ATPase和核酮糖-1.5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性，引起ATP 含量下降。以上結果表明，納米塑料顆粒處理干擾了低溫脅迫下大麥的光合碳同化，加劇了能量物質失衡。接下來，研究人員對植物糖酵解過程進行了研究，發現納米塑料顆粒處理降低了低溫脅迫下大麥葉片中UDP-葡萄糖焦磷酸化酶(UGPase)、ADP-葡萄糖焦磷酸化酶(AGPase) 、磷酸葡萄糖變位酶(PGM)、磷酸葡萄糖異構酶(PGI)、6-磷酸葡萄糖脫氫酶(G6PDH)、果糖激酶(FK)、磷酸果糖激酶(PFK)活性，進一步擾亂植物碳水化合物代謝。該試驗還通過提取葉綠體和線粒體，在亞細胞水平上對低溫和納米塑料顆粒引起的氧化脅迫進行了研究。研究表明，納米顆粒引起了低溫脅迫下植物葉片線粒體中活性氧(ROS)的累積，并且使葉綠體中過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)以及線粒體中APX活性降低，降低ROS清除效率。
研究成果發表于Journal of Hazardous Materials，由作物生理與栽培學科組李向楠研究員(通訊作者)與山東省農科院王宗帥副研究員、東北師范大學宮磊教授等共同完成。研究得到了國家優秀青年基金、山東省重點研發項目等資助。
文章鏈接 https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127826
圖1 納米塑料顆粒影響大麥低溫抗性生理機制
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