東北地理所在褪黑素與聚苯乙烯納米微粒互作機(jī)制研究中取得進(jìn)展
近年來(lái)，隨著塑料制品的大量生產(chǎn)與廣泛應(yīng)用，塑料污染已成為世界范圍內(nèi)的環(huán)境問(wèn)題。聚苯乙烯納米微粒在土壤中的大量積累嚴(yán)重威脅了農(nóng)作物生產(chǎn)和糧食安全。已有研究表明土壤中納米塑料的積累改變了植物根際微環(huán)境，納米塑料微粒可通過(guò)側(cè)根出苗點(diǎn)進(jìn)入植株，進(jìn)而影響其生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程。褪黑素是一種可以誘導(dǎo)植物生物脅迫和非生物脅迫抗性的小分子物質(zhì)，但是目前關(guān)于褪黑素與聚苯乙烯納米微粒互作機(jī)制仍不清楚。
東北地理所作物生理與栽培學(xué)科組研究人員以小麥為研究對(duì)象，針對(duì)褪黑素影響聚苯乙烯納米微粒吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及生理作用進(jìn)行了研究。借助激光共聚焦和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，聚苯乙烯納米微粒可以被小麥根系吸收，并且當(dāng)小麥根系暴露于褪黑素和聚苯乙烯納米微粒的混合溶液中時(shí)，小麥葉片和根系中聚苯乙烯納米微粒的積累量減少。RT-qPCR分析表明，外源褪黑素能夠調(diào)節(jié)葉片中水通道蛋白相關(guān)基因TIP2-9、PIP2、PIP3和PIP1.2的表達(dá)以及根系中TIP2-9、PIP1-5、PIP2和PIP1.2的表達(dá)。針對(duì)褪黑素處理減少聚苯乙烯納米微粒對(duì)小麥影響的生理機(jī)制，研究人員從內(nèi)源褪黑素代謝、碳水化合物代謝、活性氧代謝等三個(gè)方面對(duì)暴露于聚苯乙烯納米微粒的小麥葉片和根系進(jìn)行進(jìn)一步的分析。結(jié)果表明，施加的外源褪黑素參與小麥植株對(duì)聚苯乙烯納米微粒的響應(yīng)，但不依賴于內(nèi)源褪黑素代謝；同時(shí)，外源褪黑素施加還可以通過(guò)改變多種抗氧化酶活性（包括CAT、GST、APX、MDHAR、DHAR、GR和SOD）維持聚苯乙烯納米微粒造成的氧化脅迫下小麥的氧化還原穩(wěn)態(tài)平衡，并且通過(guò)改變碳水化合物代謝水平，保證小麥生長(zhǎng)所需的物質(zhì)和能量供應(yīng)，從而增強(qiáng)植株對(duì)聚苯乙烯納米微粒毒性的耐受性。
研究成果發(fā)表于Journal of Pineal Research（IF=13.007），由作物生理與栽培課題組博士研究生李書鑫和郭俊紅（共同第一作者）、李向楠研究員（通訊作者）等完成。相關(guān)工作得到了國(guó)家優(yōu)秀青年基金，國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
論文信息：
Li Shuxin, Guo Junhong, Wang Tianya, Gong Lei, Liu Fulai, Marian Brestic, Liu Shengqun, Song Fengbin, Li Xiangnan*. Melatonin reduces nanoplastic uptake, translocation and toxicity in wheat. Journal of Pineal Research, 2021, DOI: 10.1111/jpi.12761.
文章鏈接：https://doi.org/10.1111/jpi.12761
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