Forskning i landplanter viser, at nanoplast akkumuleres i væv

Efterhånden som miljøforkæmpere og forbrugere er bekymrede for mikro- og nanoplast i havene og i fisk og skaldyr, de studeres i stigende grad i havmiljøer, siger Baoshan Xing ved University of Massachusetts Amherst og kolleger i Kina. Men "lidt er kendt om adfærden af ​​nanoplast i terrestriske miljøer, især landbrugsjord, " tilføjer de.

Xing, en miljøforsker ved UMass Amhersts Stockbridge School of Agriculture, og samarbejdspartnere ved Shandong University, Kina, påpege, at indtil nu, der havde ikke været nogen direkte beviser for, at nanoplast er internaliseret af landplanter.

De anfører, "Vores resultater giver direkte bevis for, at nanoplast kan ophobes i planter, afhængig af deres overfladeladning. Planteakkumulering af nanoplast kan have både direkte økologiske effekter og implikationer for landbrugets bæredygtighed og fødevaresikkerhed." Både positivt og negativt ladet nanoplast akkumuleres i det almindeligt anvendte laboratoriemodelanlæg, Arabidopsis thaliana.

Xing tilføjer, at udbredt global brug og vedholdenhed i miljøet resulterer i en "enorm" mængde plastikaffald. Han siger, "Vores eksperimenter har givet os beviser for nanoplastiks optagelse og akkumulering i planter i laboratoriet på vævs- og molekylært niveau ved hjælp af mikroskopiske, molekylære og genetiske tilgange. Vi har demonstreret dette fra rod til skud." Detaljer er i Natur nanoteknologi denne uge.

Xing påpeger, at nanoplastiske partikler kan være så små som et protein eller en virus. Forvitring og nedbrydning ændrer plastens fysiske og kemiske egenskaber og giver overfladeladninger, så miljøpartikler er forskellige fra den uberørte polystyren nanoplast, der ofte bruges i laboratoriet. "Det er derfor, vi syntetiserede polystyren nanoplast med enten positive eller negative overfladeladninger til brug i vores eksperimenter."

Han var med til at designe undersøgelsen, fortolke resultaterne, evaluere og revidere manuskriptet, mens et stort team på Shandong University ledet af Xian-Zheng Yuan og Shu-Guang Wang udførte eksperimenterne.

De dyrkede Arabidopsis-planter i jord blandet med forskelligt ladede, fluorescerende mærket nanoplast til at vurdere plantevægte, højde, klorofylindhold og rodvækst. Efter syv uger, de observerede, at plantebiomasse og højde var lavere i planter udsat for nanoplast end i kontroller, for eksempel.

"Nanoplast reducerede den samlede biomasse af modelplanter, " tilføjer Xing. "De var mindre, og rødderne var meget kortere. Hvis du reducerer biomassen, det er ikke godt for planten, udbyttet er faldet, og afgrødernes ernæringsmæssige værdi kan blive kompromitteret."

Han tilføjer, "Vi fandt ud af, at de positivt ladede partikler ikke blev optaget så meget, men de er mere skadelige for planten. Vi ved ikke præcis hvorfor men det er sandsynligt, at det positivt ladede nanoplastik interagerer mere med vand, næringsstoffer og rødder, og udløste forskellige sæt genekspressioner. Det skal udforskes yderligere i afgrødeplanter i miljøet. Indtil da, vi ved ikke, hvordan det kan påvirke afgrødeudbyttet og fødevaresikkerheden."

Holdet analyserede også frøplanter for at undersøge røddernes følsomhed over for ladet nanoplast. Udsat i 10 dage, kimplantevækst blev hæmmet sammenlignet med kontrolfrøplanters vækst. For at identificere ansvarlige molekylære mekanismer, forskerne brugte RNA-Seq transkriptomiske analyser af rødder og skud, verificerede derefter resultater med en kvantitativ PCR-analyse på tre rodgener og fire skudgener.

"Uanset overfladeladningen, Arabidopsis kan optage og transportere nanoplast med størrelser på mindre end 200 nm, " skriver de. Yderligere, "I dette studie, vi demonstrerer hovedsageligt, at vejen for optagelse og transport af nanoplast i rodvæv adskilte sig mellem differentielt ladede nanoplaster."