北京
來源：市場資訊
（來源：生態修復網）
鎘污染是影響農田土壤安全和農產品質量的重要環境問題。與此同時，微塑料作為新興污染物在農田生態系統中持續累積，并可通過改變土壤結構、根際環境和污染物遷移過程，影響重金屬在土壤-植物系統中的生物有效性。聚氨酯（polyurethane, PU）包膜控釋肥在農業生產中應用廣泛，肥料釋放后形成的PU微塑料殘留可能與土壤鎘污染發生復合效應。然而，對于不同形態PU微塑料如何影響植物根系構型、鎘吸收積累及其分子響應機制，仍缺乏系統認識。
近日，北京市農林科學院植物營養與資源環境研究所肥料團隊在微塑料-重金屬復合污染生態效應方面取得新進展。該研究以鎘超積累植物龍葵（Solanum nigrum L.）為模式植物，設置碎片狀PU和包膜狀PU兩種形態微塑料，在鎘污染土壤中通過盆栽試驗并結合土壤理化性質分析、轉錄組和蛋白組聯合分析，系統解析了PU微塑料形態對龍葵生長、根系結構及鎘吸收積累的調控作用。
圖1 圖文摘要
研究結果表明，PU微塑料并未促進龍葵對鎘的吸收和積累，反而在一定程度上抑制了鎘進入植物體內。不同形態PU微塑料表現出明顯差異：碎片狀PU主要促進植株高度和地上部生物量增加，而包膜狀PU更顯著促進根系干質量和側根發育。與對照相比，包膜狀PU可使龍葵根系鎘積累量降低70%~75%，碎片狀PU使根系鎘積累量降低約54%，且土壤有效態鎘未發生顯著變化，說明該過程并非主要由土壤鎘有效性降低所驅動，而更可能與根系結構和根部生理調控有關。進一步研究表明，PU微塑料能夠重塑龍葵根系響應鎘脅迫的分子網絡。轉錄組和蛋白組聯合分析顯示，PU處理顯著激活了碳代謝、MAPK信號通路、植物激素信號轉導、ABC轉運蛋白和谷胱甘肽代謝等相關通路，并誘導鎘抗性和解毒相關基因/蛋白上調。該過程可能通過增強細胞壁固定、轉運蛋白介導的外排、胞內螯合、液泡隔離以及抗氧化保護等多重機制，降低鎘在根系中的吸收與毒性積累。
圖2 添加PU后龍葵（S. nigrum）根系低鎘積累的示意模型。紅色箭頭表示功能上調。
該研究揭示了PU微塑料在微塑料—鎘復合污染體系中具有顯著的“形態依賴性”生態效應，突破了“微塑料促進植物重金屬吸收”的單一認識。研究結果提示，農田中來源于包膜材料的PU微塑料殘留可能改變植物修復效率和重金屬遷移路徑，為微塑料與重金屬復合污染風險評估、農業投入品材料安全設計以及污染農田生態治理提供了新的理論依據。
該成果以“Shape-dependent polyurethane microplastics reprogram root architecture and detoxification modules to suppress cadmium uptake in a hyperaccumulator”為題，發表于Journal of Environmental Chemical Engineering期刊。北京市農林科學院植物營養與資源環境研究所趙萌副研究員、南開大學劉維濤教授為共同第一作者，北京市農林科學院植物營養與資源環境研究所鄒國元研究員為通信作者。研究得到北京市農林科學院優秀青年科學家培養計劃（YKPY2025006）、北京市農林科學院青年基金（QNJJ202429）、國家現代農業產業技術體系（CARS-02-23）等資助。
文章來源：農業環境科學
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