Nature : 葉片吸收促進植物對微塑料的富集

來源：布魯克納米表面儀器部分類：科技文獻

2025-08-01 14:15:19 290閱讀次數

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第147期

布魯克期刊俱樂部

Bruker Journal Club

布魯克納米表面與量測部李勇君博士

植物對污染物的吸收是污染物進入食物鏈的關鍵環節。盡管陸地微塑料（MPs）能被植物根系吸收，但其向上轉移速度很慢。與此同時，大氣中微塑料廣泛存在，但此前一直缺乏有力證據表明植物能直接吸收大氣中的微塑料。

近日，南開大學環境科學與工程學院聯合其合作研究組，通過質譜檢測等分析手段發現，植物葉片中普遍存在聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）及低聚物，且其含量會隨著大氣中微塑料濃度升高以及葉片生長時間延長而增加。在像Dacron工廠和垃圾填埋場這類高污染區域，植物葉片中PET和PS濃度可達每克干重10⁴ng。在露天種植的葉類蔬菜中，能檢測到每克干重為10²-10³ng的PET和PS。該研究還運用原子力顯微鏡-紅外光譜技術（AFM-IR），突破了環境樣品中微/納塑料的粒徑尺寸限制和表征的研究瓶頸，檢測出植物葉片中的納米級PET， PS ，PA6（尼龍6）以及PVC（聚氯乙烯）顆粒。綜合質譜、高光譜成像及AFM-IR等先進技術的研究結果表明，植物葉片吸收和積累大氣微塑料的現象在環境中廣泛存在，評估人類和其他生物對環境微塑料的暴露時，不應忽視這一點。研究還揭示了葉片內富集微塑料與大氣微塑料的關聯，并通過模擬暴露實驗闡明了微塑料可通過葉片氣孔吸收、經質外體途徑進入維管束，且會在毛狀體中積累的吸收和富集機制。

該研究成果以“Leaf absorption contributes to accumulation of microplastics in plants”為題，于 2025年4月9日發表在國際頂尖學術期刊《Nature》雜志上。

這項研究工作的主要發現

植物葉片中微塑料的廣泛存在

通過質譜檢測發現植物葉片中廣泛存在PET和PS及低聚物，且其含量隨大氣中濃度和葉片生長時間增加而增加。

植物葉片對微塑料的吸收與轉運

玉米葉片可通過氣孔吸收未標記、熒光標記或銪標記的塑料顆粒，并通過質外體途徑轉運至維管組織，最終在毛狀體積累，這一過程被高光譜成像、共聚焦顯微鏡和激光消融電感耦合等離子體質譜所證實。

葉片吸收微塑料的途徑

微塑料主要通過氣孔進入葉片，這與氣孔的大小和葉片的生理特性有關。研究表明，玉米葉片的氣孔大小大于大氣中大部分PET顆粒，為微塑料進入葉片提供了可能，且關閉氣孔的調節劑脫落酸（ABA）處理會使葉片對PET聚合物的吸收效率降低。

微塑料在植物葉片中的積累規律

葉片中的微塑料含量與大氣中微塑料的濃度呈正相關，葉片生長時間越長、越靠近外部的葉片，微塑料含量越高，表明植物葉片具有累積微塑料的能力。

微塑料對植物生理的影響

植物葉片吸收微塑料后，會引起植物生理特性的變化，如對基因表達、代謝產物等產生影響，進而可能影響植物的生長和發育。

AFM-IR技術對該工作的貢獻

研究者們采用布魯克公司原子力顯微鏡-紅外光譜技術（AFM-IR），突破了環境樣品中微/納塑料的粒徑尺寸限制和表征的研究瓶頸，檢測了植物葉片中的PET，PS，PA6和PVC納米顆粒。AFM-IR能夠結合原子力顯微鏡的高空間分辨率和紅外光譜的化學識別能力，可提供優于10nm空間分辨率，使研究者可以在納米尺度上對葉片中的微塑料顆粒進行化學成分分析。從化學光譜中證實了葉片中存在的PET，PS，PA6和PVC等微納塑料顆粒，為研究提供了直觀且可靠的證據，這對識別和確認微/納塑料顆粒的種類以及它們在葉片中的分布至關重要。

AFM-IR提供的實驗數據

PET納米顆粒檢測：

在Dacron工廠附近的植物葉片消化液中，AFM-IR檢測到40nm左右的PET顆粒，通過AFM形貌（圖1 c-1）和 1722 cm^-1處AFM-IR紅外成像圖（圖1 c-2）比較，清晰可見紅外吸收信號（紫色）明顯強于周圍基底。另外，通過對比PET納米顆粒的AFM-IR光譜和其標準FT-IR光譜可以準確確認PET納米顆粒的化學成分，該數據為葉片對大氣中PET微塑料的吸收和累積提供了直接證據。

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圖1. Dacron工廠植物（B. papyrifera）葉片中PET的檢測（圖片根據原文重新編輯）。（c-1） AFM形貌圖， (c-2) 1722cm^-1處的AFM-IR紅外成像圖，（c-3） AFM-IR 光譜 (紅色代表葉片中 PET納米顆粒)，PET 納米顆粒的FT-IR 光譜(藍色)

PS顆粒的檢測：

在填埋場的植物葉片中，AFM-IR可觀察到納米級的PS顆粒，通過AFM形貌（圖2 d-1）和 1600 cm^-1處的AFM-IR紅外成像圖（圖2 d-2）比較，清晰可見紅外吸收信號（紅色）明顯強于周圍基底。另外，通過對比PS納米顆粒的AFM-IR光譜和其標準FT-IR光譜可以準確確認PS納米顆粒的化學成分，進一步證實了葉片對不同種類微塑料的吸收能力。

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圖2. 垃圾填埋場植物（E. japonicus）葉片中PS, PA6和PVC檢測（圖片根據原文重新編輯）。（d-1）PS顆粒AFM形貌圖， (d-2) 1600 cm^-1處的AFM-IR紅外成像圖 , (d-3) AFM-IR 光譜 (紅色代表葉片中PS納米顆粒)，PS納米顆粒的FT-IR 光譜(藍色), （e-1）， PA6和PVC 混合顆粒AFM形貌圖， (e-2) 1720 cm^-1處的AFM-IR紅外成像圖，（e-3） AFM-IR 光譜 (藍色)，(e-4) PA6 的 FT-IR 光譜, （e-5） PVC 的FT-IR 光譜

混合塑料顆粒的檢測：

在填埋場的植物葉片消化溶液中，AFM-IR觀察到疑似PA6和PVC混合物的形貌（圖2 e-1）和1720 cm^-1處的AFM-IR紅外成像圖（圖2 e-2），清晰可見紅外吸收信號（紅色）明顯強于周圍基底，通過對比混合物納米顆粒的AFM-IR光譜和標準PA6 （圖2 e-4）和 PVC （圖2 e-5）FT-IR光譜可以準確確認該納米顆粒為PA6和PVC的混合物，揭示了葉片中可能存在多種類型的混合微納塑料顆粒。

布魯克公司IconIR 型納米紅外系統為AFM-IR數據測量提供支持

研究作者們在致謝部分對布魯克公司應用科學家魏琳琳博士提供AFM-IR數據測量致謝。

布魯克公司（Bruker）的大樣品臺納米紅外光譜（Dimension IconIR）平臺，集成了基于峰值力輕敲模式的形貌、PeakForce QNM、PeakForce KPFM等電學、納米力學測量、以及納米紅外成像（AFM-IR）等技術，可為環境、生態研究中微米塑料顆粒的形貌、納米力學性質、電學性質和納米尺度化學成分和官能團的分布測量提供強有力的表征工具和研究方法。

原文鏈接：

Li, Y., Zhang, J., Xu, L. et al. Leaf absorption contributes to accumulation of microplastics in plants. Nature, 641, 666–673 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-0

Bruker IconIR納米紅外光譜介紹:

https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/infrared-and-raman/nanoscale-infrared-spectrometers/dimension-iconir.html