近日，我校资源环境学院、岭南现代农业科学与技术广东省实验室、广东省现代生态农业与循环农业工程技术研究中心、农业农村部华南热带农业环境重点实验室章家恩教授团队在环境科学与生态学领域知名期刊Journal of Hazardous Materials（中科院1区，影响因子 12.2）和Science of the Total Environment（中科院1区，影响因子8.2）分别在线发表了题为“Impacts of conventional and biodegradable microplastics in maize-soil ecosystems: Above and below ground”和“Assessing the Interactive Effects of Microplastics and Acid Rain on Cadmium Toxicity in Rice Seedlings: Insights from Physiological and Transcriptomic Analyses”的研究论文。
该论文通过常规微塑料（聚乙烯[PE]、聚丙烯[PP]）和生物可降解微塑料（聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯[PBAT]、聚己内酯[PCL]）的对比研究，揭示了生物可降解微塑料对玉米农田生态系统功能的影响与破坏，主要表现为降低土壤细菌和真菌多样性，抑制碳氮磷循环相关酶活性，导致作物生长受限。因此，在农业生产实践中大规模使用生物可降解塑料替代常规塑料存在潜在风险。
该论文探究了重金属镉、微塑料和酸雨共暴露情景下，水稻幼苗生长特性和转录组的综合响应，并探讨了微塑料和酸雨复合污染对水稻幼苗应对镉毒害的响应机制。
结果发现，在10mg/L的镉浓度下，相比仅添加酸雨或仅加镉的处理，微塑料和酸雨联合处理，减轻了镉对水稻幼苗株高、生物量、根冠比和叶绿素含量的抑制作用以及对根细胞的损伤，显著降低水稻幼苗中ROS的产生、SOD活性和MDA含量。由于微塑料吸附镉所产生的“稀释效应”，减少了水培溶液中镉离子的浓度，且较低pH（pH4.0）的酸性环境，对微塑料的zeta电位及其吸附重金属的能力产生影响，增强微塑料与Cd2+之间的静电作用，增加其对镉的吸附，减少水稻幼苗中镉的积累，一定程度上缓解镉对水稻幼苗的毒害。同时，镉、微塑料和酸雨的交互作用显著影响水稻幼苗的干重、根冠比和总叶绿素含量；微塑料和酸雨的联合暴露处理显著影响SOD活性和MDA含量，对水稻幼苗产生的毒性效应表现出明显的交互作用。转录组学分析进一步证实，微塑料和酸雨联合处理，改变了镉转运相关基因OsNramp5、OsABCG36等的表达，协同影响氧化应激和谷胱甘肽代谢等途径，提高镉胁迫下水稻幼苗的抗氧化能力，表明微塑料、酸雨和镉对水稻的毒性存在互作效应与拮抗作用。
该结果可为深入研究和综合评估农业生态系统在微塑料和酸雨复合污染情景下作物响应重金属镉毒害的多重机制、可能后果及综合风险提供科学依据。
微塑料和酸雨复合污染对水稻幼苗应对镉毒害的响应机制
不同处理组水稻幼苗的转录组学分析
论文第一作者分别为我校资源环境学院博士后刘自强和生态学专业在职博士生谢洁芬，章家恩教授为通讯作者。生命科学学院庄楚雄研究员和郑少燕副教授为微塑料-酸雨复合污染研究提供了支持。相关研究得到国家自然科学基金-广东联合基金重点项目（U1701236）、广东省科技计划项目（2019B030301007）和岭南现代农业科学与技术广东省实验室（NT2021010）等项目的资助。
相关论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135129
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.175533
文图/资源环境学院 谢洁芬 刘自强
