发布时间：2025-09-24来源：颜昌宙研究组
塑料制品因其成本低、重量轻、便于携带等特点，广泛应用于日常生活和工业生产中。但因传统塑料的降解性有限，这同时导致了严重的环境污染问题。随着人们环保意识的增强和政府法规的实施，为了应对塑料污染问题，更加绿色环保的可生物降解塑料制品被开发、生产和使用。其中，聚乳酸因其原材料来源于可再生植物，被广泛应用于农业生产、食品包装和医疗器械等各个行业。尽管人们普遍认为可生物降解微塑料会被环境中的微生物完全降解，但这种易感性表明它可能更容易分解成粒径小于5毫米的微塑料（Microplastics，MPs），甚至纳米塑料（Nanoplastics，NPs）。这些MPs和NPs会扰乱生物地球化学循环，阻碍植物的发育，并可通过食物链对人类健康构成威胁，具有引发各种生态和健康问题的风险。与此同时，类金属因具有致癌、致畸、致突变的高毒性，使其在农业生产中受到高度重视。然而，目前我们对可生物降解M(N)Ps与砷联合污染下对农作物的综合影响及其联合毒性机制尚不清楚。
因此，为了解决上述问题，本研究以聚乳酸作为可生物降解的代表性塑料，以水稻作为模式植物，利用荧光标记技术、激光剥蚀技术和代谢组学技术等，探究了不同粒径和老化情况聚乳酸与砷联合污染在水稻幼苗体内的协同运输情况及其对植物生长发育的影响，并深入探究其了其联合毒性作用的代谢组学机制。结果证实，聚乳酸是砷的有效载体，其可促进砷通过根系木质部在叶脉中迁移和聚集，从而增强水稻幼苗中的总砷积累量，诱导植物氧化应激并降低光合效率，加剧了砷对植物生长的不利影响。相比之下，纳米尺寸和老化的聚乳酸表现出更强的载体效应。并且，较大尺寸的聚乳酸抑制了砷向植物的迁移，降低了砷对水稻幼苗的毒性作用。聚乳酸和砷的联合污染通过影响氨基酸、碳水化合物和脂质代谢等初级代谢，及其下游次生代谢途径导致植物生长发育异常。其中，TCA循环、苯丙氨酸及酪氨酸和色氨酸的生物合成是最重要的代谢枢纽。
总的来说，这项研究的结果有助于了解M(N)Ps和HMs对植物毒理学影响的复杂机制，为未来MPs和HMs联合污染的环境风险研究提供了一定的指导，也为MPs和HMs对植物的毒理学影响提供了重要的见解。研究结果分别以Aged and nano-sized polylactic acid enhanced arsenic accumulation and phytotoxicity in rice seedlings: Compared with micro-sized polylactic acid和Effects of different size polylactic acid on arsenic migration and rhizosphere microorganisms in soil-rice system为题，发表于植物科学领域TOP期刊Plant Physiology and Biochemistry和环境科学领域知名期刊Environmental Pollution。博士后安秋颖为第一作者，颜昌宙研究员为通讯作者。该研究得到了中国科学院A类战略先导科技专项子课题（XDA23030203）和国家重点研发计划项目（2022YFF1301304）的支持。
不同粒径聚乳酸影响砷对水稻幼苗植物毒性的机理概念图
不同粒径和老化情况聚乳酸与砷在水稻幼苗体内的协同运输及其代谢毒性机制概念图
(文：颜昌宙研究组；图：颜昌宙研究组)
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