東北地理所在褪黑素與聚苯乙烯納米微粒互作機制研究中取得進展
近年來，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側(cè)根出苗點進入植株，進而影響其生長發(fā)育過程。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象，針對褪黑素影響聚苯乙烯納米微粒吸收、轉(zhuǎn)運及生理作用進行了研究。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，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的表達以及根系中TIP2-9、PIP1-5、PIP2和PIP1.2的表達。針對褪黑素處理減少聚苯乙烯納米微粒對小麥影響的生理機制，研究人員從內(nèi)源褪黑素代謝、碳水化合物代謝、活性氧代謝等三個方面對暴露于聚苯乙烯納米微粒的小麥葉片和根系進行進一步的分析。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，外源褪黑素施加還可以通過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，并且通過改變碳水化合物代謝水平，保證小麥生長所需的物質(zhì)和能量供應(yīng)，從而增強植株對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)工作得到了國家優(yōu)秀青年基金，國家自然科學(xué)基金等項目資助。
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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