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不同电荷的纳米塑料在拟南芥中表现出明显的积累 导读 尽管微塑料（尺寸为0.1-5?mm）和纳米塑料（100?nm）在海洋环境中的归趋被众多研究学者所关注，但有关纳米塑料在陆地环境中的行为，特别是农业土壤中的环境行为却知之甚少。以前的研究探究了纳米塑料在水生植物中积累的后果，但没有直接证据表明纳米塑料在陆地植物中的内在化。 本研究证明了带正电荷和带负电荷的纳米塑料都可以在拟南芥（Arabidopsis thaliana）中积累。生长介质和根系分泌物促进的团聚限制了氨基改性聚苯乙烯纳米塑料的吸收。因此，带正电的纳米塑料在根尖积累的水平相对较低，但与磺酸改性的带负电纳米塑料相比，带正电的纳米塑料诱导了更高的活性氧积累，并更强烈地抑制了植物的生长和幼苗的发育。相反，非原生质体部分和木质部中可常见带负电荷的纳米塑料。本研究的发现为证明纳米塑料可以在植物体内积累提供了直接的证据，这取决于它们的表面电荷分布。纳米塑料的植物积累既可以产生直接的生态效应，也可以对农业的可持续性和食品安全产生影响。 实验设计 在无菌土壤中分别添加两种制备好的纳米塑料，使其终浓度设定为0，0.3，1 g kg-1；对于固体培养基上生长的植株，种子在含有0.8%琼脂和1%蔗糖的半强度MS固体培养基(13 cm×13 cm)上萌发。纳米塑料在半强度MS培养基中的暴露浓度分别为0，10，50和100?μg ml-1。用扫描仪对牙根进行成像，并在暴露10天后使用ImageJ软件测量初级牙根长度。这些植物的根暴露在纳米塑料中4天，在半强度的MS培养基中，用碘化丙啶染色进行活性测试。此外，植物与带有荧光标记的纳米塑料共培养7天后，采用共聚焦成像来跟踪纳米塑料在根部的位置。 结果 1?纳米塑料表征及其对植物生理的影响 ? 本研究采用微乳液聚合法合成了两种功能化聚苯乙烯纳米塑料，即PS-SO3H（55?±?7 nm）和PS-NH2（71 ± 6 nm）（图1a-d）。PS-SO3H和PS-NH2在去离子水（pH5.9）中的zeta电位分别为-46.8 ± 1.8 mV和+28.1 ± 2 mV。动态光散射（DLS）结果证实了它们在去离子水中的最佳分散和稳定性（图1b）。接下来，研究者在混合了PS-SO3H或PS-NH2的土壤中种植拟南芥（Arabidopsis thaliana），发现这两种类型的纳米塑料都影响了拟南芥的表型（图1e）。7周后，0.3 g kg-1和1.0?g kg-1?PS-SO3H处理的植物地上部分鲜重分别比对照降低41.7%和51.5%（P0.05；图1f）。PS-NH2暴露后也观察到类似的结果（P0.05；图1f）。暴露于1.0 g kg-1PS-NH2的植株显著短于对照和暴露于0.3 g kg-1纳米塑料的植株（P005），植物siliques中叶绿素含量显著低于对照（P005；图1g, h）。 由于拟南芥的根部对外界刺激高度敏感，因此研究人员还对在固体培养基中生长的拟南芥幼苗进行了分析。在半强度Murashige和Skoog（MS）基本培养基中，拟南芥幼苗分别与浓度为10，50和100?μg ml-1的纳米塑料共培养10天后，幼苗生长受到抑制（图1i，j）。在所有浓度下，这些植物的初生根生长均显著低于对照（P0.05），且在较高浓度时抑制程度较大（P0.01）。同样，对幼苗根部生长的抑制效果依赖于纳米塑料的电荷。研究还证实，透析后悬浮液中的残留化学物质不会影响根的发育。总体而言，本研究的结果表明，暴露在PS-NH2中的拟南芥的生理变化比暴露在PS-SO3H中的生理变化更显著。 ? 图1. 纳米塑料表征及其对植物生理的影响。a代表PS-SO3H和PS-NH2的透射电镜图；b通过DLS测定了PS-SO3H和PS-NH2在水溶液中的粒径分布；c代表PS-SO3H和PS-NH2在半强度培养基中的稳定性情况；d采用傅里叶红外对PS-SO3H和PS-NH2进行表征；e-h代表不同浓度处理下植物的生长；i-j代表植物与不同浓度纳米塑料共培养10天及根长。 2??RNA-Seq转录分析 为了探究上述效应的分子机理，研究人员对培养基中培养的根和幼苗进行了RNA-Seq转录分析。基于变化的的转录本数量（上调和下调），PS-NH2比PS-SO3H对基因表达的影响更大。当根暴露在PS-NH2中时，主要上调的GO包括含有花青素的化合物和类黄酮的生物合成和代谢过程，这些合成过程能够在非生物胁迫下清除自由基。对于PS-SO3H而言，三萜、单一生物体和萜类的代谢过程是主要的上调过程，这些过程可以对环境条件作出响应并诱导防御响应。两个功能性纳米塑料暴露下的植物的主要下调过程都涉及活性氧（ROS）的代谢过程以及对刺激和压力的响应，这是由各种抗氧化系统的相互作用的结果。PS-SO3H处理