柔软纳米玩具(Nat Commnu 软塑料聚合物纳米颗粒能被拟南芥的根和原生质体吸收)

Posted 2023-05-29

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柔软纳米玩具(Nat Commnu 软塑料聚合物纳米颗粒能被拟南芥的根和原生质体吸收)

20世纪最重要的科学进步之一是合成高分子材料的发展，特别是塑料。塑料的应用呈指数级增长，因此人们越来越担心初级或次级微和纳米级塑料颗粒对海洋和陆地环境的污染。植物暴露于纳米颗粒的后果的研究主要集中在硬颗粒上，主要是金属基纳米颗粒加上少量处理结构碳的纳米颗粒，或化学交联聚合物，以及用于土壤修复的所谓高吸水性聚合物。然而，对于柔软的聚合物纳米颗粒是否会被植物吸收，或者如果它们积聚在植物中，它们是否会在运输过程中被吸收，仍不清楚。连发三篇文章！研究证实纳米塑料可被陆生植物吸收并积累，同时影响低温下光合作用

近日，Nature Communications在线发表了英国伯明翰大学Rachel K. O’Reilly和华威大学Richard M. Napier课题组题为“Polymer nanoparticles pass the plant interface”的研究论文。研究人员报道了不同大小和表面功能的聚合物纳米颗粒被吸收到拟南芥根细胞中，并且证明了RAFT-PISA是一个高度通用的平台，用于系统探索聚合物颗粒性质对其在植物中的积累和定位的影响。

https://doi.org/10.1038/s41467-022-35066-y

作者首先研究不同大小和带电的软纳米颗粒对植物的吸收。小的、不带电的纳米颗粒（~ 20nm）可以穿过细胞壁屏障，并很容易被根部吸收。中性带电的纳米颗粒可能与细胞壁没有静电相互作用，允许它们扩散到细胞中，以至于在维管系统的木质部中也可以看到一些荧光（图1）。随着中性带电的纳米颗粒粒径的增大，穿透和积累显著减少，对于40 nm及以上的颗粒，木质部中没有发现荧光。这些较大颗粒的荧光只在脱落的侧根冠细胞和根毛区偶尔的表皮细胞中被检测到（图1）。与中性带电的纳米颗粒一样，带负电荷的纳米颗粒大小的增加会抑制根的吸收。在根部周围观察到带正电的纳米颗粒，它们似乎覆盖在根部表面。进一步共聚焦实验发现，小的中性纳米颗粒被吸收到表皮和皮层细胞中，只有少量的带负电荷的纳米颗粒积聚。

图1 某些纳米颗粒能穿透完好的根部

在确定了一些聚合物纳米颗粒可以穿透植物器官，从而穿透原代细胞壁后，作者研究了它们被原生质体吸收的情况（图2）。随着颗粒粒径的增大，对细胞碎片的吸收或吸附能力下降。有趣的是，健康（圆形和球形）原生质体的积累模式与完整根中相同，小的中性（图2A中间）和小的两性离子纳米颗粒易于渗透。如果纳米颗粒到达质膜，中性带电颗粒将被内化并迅速积累（图2）。

图2 某些纳米颗粒能穿透根细胞原生质体

那么，纳米颗粒的吸收是否具有时间依赖性？带正电的纳米颗粒包被根部，并且在所有时间点都持续存在（图3）。带负电荷的纳米颗粒的积累最初很低，但随着时间的推移而增加。中性带电纳米颗粒在根表面或根表面附近细胞中的积累在一小时内达到峰值，之后吸收开始下降。24小时后，尽管信号较弱，成对木质部维管中出现荧光（图3）。

图3 纳米颗粒随时间而积累

综上所述，研究人员利用共聚焦显微镜研究了拟南芥的根和原生质体吸收。根的吸收与纳米颗粒大小成反比。带正电荷的粒子聚集在根表面周围，不被根或原生质体吸收，而带负电荷的纳米颗粒聚集缓慢，随着时间的推移，在完好的根的木质部中变得突出。中性带电纳米颗粒迅速渗透到植物根表面的完整细胞和原生质体中，但木质部负荷低于带负电荷的纳米颗粒。因此，尽管有坚硬的细胞壁保护，植物在土壤和水中还是可以接触到纳米塑料。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-35066-y

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