《Frontiers in Plant Science》：Migration pattern and biochemical response characteristics of polylactic acid nanoparticles in pakchoi (Brassica chinensis L. cv. SuZhou) seedlings
编辑推荐：
本文系统研究了荧光标记聚乳酸纳米颗粒(PLA-NPs)在苏州青小白菜幼苗中的迁移规律及毒性效应。通过水培实验发现，PLA-NPs可通过根尖分生区和主侧根连接处进入根系，并沿维管系统向上迁移（图1-4）。170 nm小粒径颗粒表现出更强的吸收和转运能力，其积累程度与浓度和处理时间呈正相关（图5）。生理生化分析显示，PLA-NPs会显著抑制超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性，提高过氧化氢(H2O2)和丙二醛(MDA)水平，同时降低可溶性糖和可溶性蛋白含量（图7-8）。研究首次揭示了可生物降解纳米塑料在植物体内的迁移特性及其生态风险，为评估可生物降解塑料的环境行为提供了重要依据。
引言
纳米塑料作为新兴污染物通过多种途径进入水体和陆地环境，对生态系统构成严重威胁。目前关于可生物降解纳米塑料在植物体内的积累和转运机制研究有限。本研究以苏州青小白菜为模式植物，通过水培实验研究不同浓度（20 mg/L、50 mg/L）和粒径（170 nm、330 nm）的荧光标记聚乳酸纳米颗粒在植株内的迁移分布规律及相关毒理响应。
材料与方法
实验采用激光共聚焦显微镜(LSCM)观察PLA-NPs在植株各组织的分布，通过ImageJ软件进行荧光半定量分析。测定了超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性以及过氧化氢(H2O2)、丙二醛(MDA)、可溶性糖、可溶性蛋白和叶绿素含量等生理指标。
结果与分析
PLA-NPs理化性质表征
扫描电镜(SEM)显示170 nm和330 nm的PLA-NPs均呈球形，粒径分布均匀。Zeta电位分析表明两种颗粒表面均带负电荷。荧光光谱分析确定最大激发/发射波长为536/608 nm，激光共聚焦显微镜证实标记系统具有优异的荧光响应性。
小白菜对PLA-NPs的吸收转运
激光共聚焦显微镜观察发现，PLA-NPs主要通过根尖分生区和主侧根连接处进入根系。170 nm小粒径颗粒在根尖、根基、茎和叶柄中的荧光强度均显著高于330 nm大粒径颗粒，表明小粒径PLA-NPs更易被吸收和转运。在相同粒径下，50 mg/L高浓度处理组的荧光强度明显高于20 mg/L低浓度组。随着处理时间延长，各部位的荧光强度均呈现持续增加趋势，表现出明显的时间累积效应。
小白菜幼苗生理指标
生长指标：各处理组发芽率与对照组无显著差异，但生物量随PLA-NPs浓度增加而增加，330 nm粒径处理组的株高显著增加25.58%。
光合作用：所有处理组的类胡萝卜素、总叶绿素、叶绿素a和叶绿素b含量均高于对照组，其中50 mg/L-170 nm处理组的促进作用最为显著。
抗氧化防御系统：各处理组SOD、POD和CAT活性均显著降低，H2O2和MDA含量升高，其中330 nm粒径处理组的抑制作用更为明显，MDA含量最高增加23.40%。
渗透调节系统：可溶性糖和可溶性蛋白含量显著降低，330 nm粒径处理组的抑制作用更强，50 mg/L处理组分别降低21.76%和15.57%。
讨论
PLA-NPs在小白菜中的迁移吸收机制
PLA-NPs主要通过质外体途径运输，由于幼根根尖分生区细胞分裂活跃，凯氏带发育不完全，PLA-NPs可通过细胞壁间隙迁移至维管系统。主侧根连接处的天然裂隙为PLA-NPs提供了另一条进入途径。小粒径PLA-NPs具有更大的比表面积和相对更密集的表面电荷分布，通过更强的与根系分泌物的结合能力增强其在根表面的吸附和内化。
PLA-NPs对小白菜幼苗生理指标的影响
PLA-NPs增加小白菜叶绿素含量可能是通过上调叶绿体发育相关基因表达或促进根系对矿物质的吸收来实现的。抗氧化酶活性降低表明PLA-NPs诱导的氧化应激超出了抗氧化系统的耐受范围。可溶性糖和可溶性蛋白含量降低反映了植物在PLA-NPs胁迫下渗透调节能力受损，这可能是由于碳氮分配优先向生长过程倾斜所致。
结论
本研究首次证实小白菜根系能够吸收可生物降解塑料并在植株内积累且向地上部迁移，小粒径PLA-NPs在小白菜中表现出更强的积累和向上迁移能力。PLA-NPs的吸收积累影响了小白菜幼苗光合色素合成、抗氧化防御系统和渗透调节系统。需要指出的是，本研究在水培条件下进行，可能高估了植物对PLA-NPs的吸收，且未进一步探讨这些结果在土培植物中的适用性和普适性。该研究为了解可生物降解纳米塑料的环境行为及潜在风险提供了重要依据。
