植物体内微/纳塑料吸收转运的定量示踪方法
微/纳塑料污染具有潜在生态和人体健康风险，是目前高度关注的全球环境科学热点前沿问题。中国海洋湖沼学会常务理事、中国科学院南京土壤研究所研究员骆永明团队前期研究已证实亚微米甚至微米级塑料颗粒均可在农作物、蔬菜中吸收、积累和转运，并发现了植物吸收微/纳塑料颗粒的通道和机制（Nature Sustainability, 2020, 3: 929-937）。相关成果入选“中国生态环境十大科技进展”。值得注意的是小粒径微/纳塑料和碳基材料的自身性质决定了其在复杂环境和生物介质中的稳定、可靠、高灵敏定量追踪检测极具技术挑战性，是微/纳米研究亟待突破的国际性难题。受此技术瓶颈限制，尚无法对植物体中微塑料的积累量和向地上可食部的传输量进行精确量化分析。骆永明团队选取稀土铕配合物Eu(TTA)3（噻吩甲酰三氟丙酮），通过溶胀法掺杂到200nm聚苯乙烯微球（PS-Eu）内部（图1），利用稀土配合物的时间分辨荧光特性实现了对植物（小麦和生菜）中吸收积累的PS-Eu颗粒的准确可视化追踪（图2）。研究进一步通过ICP-MS检测蔬菜和作物体内的Eu含量，间接量化分析了生菜和小麦对PS-Eu颗粒的吸收和转运量。通过此方法，可对接近微/纳塑料环境浓度暴露下植物吸收积累量进行量化分析。基于稀土配合物掺杂标记的方法克服了微/纳塑料颗粒传统荧光标记方法存在的背景荧光干扰、染料易泄露、难以同时进行精确定量等缺点，为微/纳塑料颗粒在复杂生物介质中积累、传输和分布提供了一种崭新、简便、通用的研究方法。这将有助全面理解和认识微/纳塑料在生物体内的吸收过程与机制，也可为定量评估微/纳塑料的生态和食物链传递风险奠定方法学基础并提供科学依据。
图1：PS-Eu颗粒的高分辨透射电子显微镜（HAADF-STEM）照片。(a)及基于能谱的元素C (b), O (c), Eu (d), F (e) 和 S (f)分析；(g)PS-Eu单颗粒STEM图；(h)所示的线扫描元素分布图
图2：PS-Eu颗粒（50mg/L）暴露六天后小麦和生菜根、茎、叶的明场、时间分辨荧光、稳态荧光成像图（B），A为空白对照组
该研究由中国科学院南京土壤研究所与中国科学院烟台海岸带研究所合作完成，相关论文发表在Nature Nanotechnology期刊上。审稿专家评价这项工作“创新性地提出了一种使用稀土铕配合物对聚苯乙烯颗粒吸收进行量化和可视化的方法。”（The authors describe a novel and innovative way to quantify and visualize polystyrene particle uptake using europium chelate complexes）。论文被接受后，应Nature Portfolio Community邀请，骆永明研究员和李连祯副研究员为“Behind the Paper”专栏撰写了题为“Quantitative tracing of uptake and transport of submicrometre plastics in crop plants”的文章。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-021-01063-3
本文来源：中国科学院南京土壤研究所
