警惕！纳米塑料积累对作物结实和果实品质产生不利影响

长春长光辰英生物科学仪器有限公司

2024/10/10 09:27

微纳米塑料作为普通塑料的降解产物之一，广泛存在于生活环境中。农作物作为食物链的重要组成部分，可能从土壤中吸收并积累微纳米塑料，进而对人类健康产生影响。然而，由于微纳米塑料尺寸较小，且目前与陆地生态系统相关的研究较少，导致了植物吸收相关的微纳米塑料鉴定手段较为有限。

长光辰英P300共聚焦拉曼光谱仪配合分子动力学模拟为农作物果实中纳米塑料的鉴定吸收提供了有效的检测手段和机制模拟。（Jiang M, et al. Adv Sci (Weinh). 2022）

研究方法

图1 作物果实纳米塑料检测流程图

研究结果

1. 荧光纳米塑料标品表征

聚苯乙烯荧光纳米塑料（PS-NPs）在扫描电子显微镜下的平均尺寸在82.6±0.3nm（图2A），且在505nm激发光波长下呈现绿色荧光标记（图2B），在水动力粒径检测中PS-NPs的最高百分比（25%）普遍在91.3nm（图2C）。在500~2000cm^-1范围收集PS-NPs的拉曼光谱，在998cm^-1处检测到很强的ν12 C-C-C环的拉曼峰，另外在619、794、1028、1152、1454和1596 cm^-1处也观察到了明显的PS-NPs光谱峰（图2D）。

图2 PS-NPs标品的表征

2. PS-NPs处理组的作物颗粒中观察到更多纳米塑料珠

对成熟后的作物果实进行扫描电镜、荧光显微镜和拉曼光谱检测PS-NPs。与对照组相比，PS-NPs处理组的花生颗粒中扫描电镜与荧光显微镜观察到许多纳米塑料珠（图3AB），对这些位置进行的拉曼光谱检测表明，存在较高的荧光背景和一个明显的PS-NPs特征峰（图3C，998cm^-1）。对于水稻果实而言，PS-NPs的检测结果相似（图3D-F）。

图3 花生及水稻的扫描电镜、荧光显微镜与拉曼光谱

A-C为花生果实的扫描电镜和拉曼光谱；D-F为水稻果实的扫描电镜和拉曼光谱

3. PS-NPs影响下的果实营养成分产生变化

为确定PS-NPs对花生与水稻的果实成分及其对应基因的表达的影响，分别对二者果实中的矿质元素、脂肪酸含量以及各类氨基酸含量进行了检测。结果发现，在高浓度PS-NPs的培养条件下，水稻果实的部分矿质元素的含量降低（图4A）、饱和及不饱和脂肪酸含量降低（图4B），以及部分氨基酸含量降低（图4C）。在花生果实中，高浓度PS-NPs使得矿质元素含量及部分不饱和脂肪酸的含量降低，但是增加了几组饱和脂肪酸的含量，对于氨基酸稳态变化，与水稻果实相似，都呈现降低趋势。除上述表型差异外，与表型相关的合成及转运基因的表达也受到影响。

图4 PS-NPs作物果实成分差异

图A为水稻及花生果实的矿质元素变化及对应金属阳离子转运基因的表达情况；图B为二者的脂肪酸稳态变化及对应合成基因的表达情况；图C为二者的氨基酸稳态变化以及氨基酸转运基因的表达情况

为什么选择P300共聚焦拉曼光谱仪？

在微纳米塑料检测领域，拉曼光谱和FTIR是用来检测环境微纳米塑料的常用工具，二者可以在微纳米塑料的检测尺寸上互补。在较小尺寸的纳米塑料领域，FTIR受光学衍射极限的影响基本无法检测。在本文中，P300高精度和高稳定性能够帮助用户在已知位置（荧光呈现）的条件下，对该位置的纳米塑料进行表征，辅助鉴定纳米塑料类型。