東北地理所在大麥響應納米塑料與大氣二氧化碳濃度升高的生理生態機制研究中取得進展
由于人口增長和收入增加，全球塑料產量翻了一倍，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，導致塑料污染成為全球環境問題。塑料在環境中經過風化、高溫和機械力破損等一系列的物理化學反應，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。最新的研究已經發現，納米塑料可以進入植物根內，并隨蒸騰作用從根部運輸到地上部。納米塑料在植物體內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境變化的響應，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量產生積極影響，而納米塑料作為新型土壤污染物，對作物的生長發育產生直接的影響。
農田納米塑料已成為影響作物生產的潛在因子，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，中國科學院東北地理與農業生態研究所作物生理與栽培學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研究。研究發現，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升高通過調節抗氧化酶系統可以緩解納米塑料誘導的ROS升高。CO2升高通過減少納米塑料處理植株的電子產生來削弱納米塑料對光合作用的促進效應，降低大麥的同化能力。CO2升高誘導的高Ci和核心酶活性仍然促進了納米塑料處理植株的卡爾文循環，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. 大麥響應納米塑料和大氣CO2濃度升高的生理響應機制
該研究成果以“Elevated atmospheric CO2 concentration changes the eco-physiological response of barley to polystyrene nanoplastics”為題發表于Chemical Engineering Journal上，由中科院東北地理所作物生理與栽培學科組蹇述蓮、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院戰略性先導科技專項（XDA28020400）、國家優秀青年自然科學基金等項目資助。
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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