Син, ученый-эколог из Стокбриджской школы сельского хозяйства Университета Массачусетса Амхерст и сотрудники из Шаньдунского университета, Китай, отмечают, что до сих пор не было прямых доказательств того, что нанопластики усваиваются наземными растениями.
Они заявляют: «Наши результаты являются прямым доказательством того, что нанопластики могут накапливаться в растениях в зависимости от их поверхностного заряда. Накопление нанопластиков в растениях может иметь как прямые экологические последствия, так и последствия для устойчивости сельского хозяйства и безопасности пищевых продуктов."Как положительно, так и отрицательно заряженные нанопластики накапливаются в широко используемом лабораторном модельном растении Arabidopsis thaliana.
Син добавляет, что повсеместное использование в мире и сохранение окружающей среды приводит к образованию «огромного» количества пластиковых отходов. Он говорит: «Наши эксперименты дали нам доказательства поглощения и накопления нанопластиков в растениях в лаборатории на тканевом и молекулярном уровне с использованием микроскопических, молекулярных и генетических подходов. Мы продемонстрировали это от корня до побега."Подробности в Nature Nanotechnology на этой неделе.
Син указывает, что нанопластические частицы могут быть размером с белок или вирус. Выветривание и разрушение изменяют физические и химические свойства пластика и накладывают поверхностные заряды, поэтому частицы окружающей среды отличаются от чистых полистирольных нанопластиков, часто используемых в лаборатории. «Вот почему мы синтезировали полистирольные нанопластики с положительными или отрицательными поверхностными зарядами для использования в наших экспериментах."
Он помогал разработать исследование, интерпретировать результаты, оценить и отредактировать рукопись, в то время как большая группа из Шаньдунского университета во главе с Сянь-Чжэн Юань и Шу-Гуан Ван проводила эксперименты.
Они выращивали растения арабидопсиса в почве, смешанной с разно заряженными флуоресцентно меченными нанопластиками, чтобы оценить вес, высоту, содержание хлорофилла и рост корней. Через семь недель они заметили, что биомасса и высота растений были ниже у растений, подвергшихся воздействию нанопластиков, чем у контрольных растений, например.
«Нанопластики уменьшили общую биомассу модельных растений», – добавляет Син. «Они были меньше, а корни были намного короче. Если вы уменьшите биомассу, это вредно для растений, снизится урожай и пищевая ценность сельскохозяйственных культур может быть поставлена под угрозу."
Он добавляет: «Мы обнаружили, что положительно заряженные частицы не так сильно поглощаются, но они более вредны для растений. Мы не знаем точно, почему, но вполне вероятно, что положительно заряженные нанопластики больше взаимодействуют с водой, питательными веществами и корнями и запускают различные наборы экспрессии генов.
Это требует дальнейшего изучения сельскохозяйственных культур в окружающей среде. А пока мы не знаем, как это может повлиять на урожайность и безопасность пищевых культур."
Команда также проанализировала саженцы, чтобы изучить чувствительность корней к заряженным нанопластикам. После воздействия в течение 10 дней рост проростков подавлялся по сравнению с контрольными сеянцами.
Чтобы определить ответственные молекулярные механизмы, исследователи использовали транскриптомный анализ корней и побегов с помощью RNA-Seq, а затем подтвердили результаты с помощью количественного ПЦР анализа трех генов корней и четырех генов побегов.
«Независимо от поверхностного заряда Arabidopsis может захватывать и транспортировать нанопластики размером менее 200 нм», – пишут они. Далее: «В этом исследовании мы в основном демонстрируем, что пути поглощения и транспорта нанопластиков в тканях корня различаются между дифференциально заряженными нанопластиками."