【科研进展】南京大学 ES&T:聚苯乙烯纳米塑料在浮生植物紫背萍中的代际传递及其影响

Environmental Science & Technology

聚苯乙烯纳米塑料在浮生植物紫背萍中的代际传递及其影响

文章标题：Transgenerational Transfer and Effects of Polystyrene Nanoplastics in the Floating Macrophyte Spirodela polyrhiza

作者：Ruijie Zhu 等

单位：南京大学 等

期刊：Environmental Science & Technology

出版日期：2026 年 5 月 11 日

doi：10.1021/acs.est.6c03787

纳米塑料（<100 nm）是水生新型污染物，虽已证实可在水生生物体内累积，但其代际传递规律和毒性机制仍不清晰。

现有研究多聚焦水生动物，对水生克隆植物关注极少；紫背萍分布广、克隆繁殖，是研究纳米塑料代际传递的理想模式植物。

纳米塑料老化会改变表面性质，但老化对植物吸收、传递效率的影响尚不明确。

纳米塑料的毒性多关注亲代，子代特异性毒性、跨代分子调控机制有待揭示。

1. 材料制备：

铕（Eu）掺杂 PS 纳米塑料（定量示踪）、荧光标记 PS 纳米塑料（成像观察）。

湖水 5 天光照 / 黑暗条件制备老化 PS，对比原始 PS。

2. 暴露实验：

F0 代：0.1–50 mg/L PS 暴露 2 天，分析叶 / 根吸收差异、托叶介导的母叶→子叶传递。

F1→F2 代：0.1、5 mg/L PS 暴露 F0 至 F1 成熟，再分 “无 PS 培养”（后暴露 F2）、“继续 PS 暴露”（暴露 F2），追踪传递效率。

3. 检测指标：

定量：ICP-MS 测 Eu 含量换算 PS 浓度，计算传递效率。

成像：CLSM 观察 PS 在叶、托叶、子叶中的分布。

毒性：叶数、生长速率、叶绿素、氧化应激酶活性。

机制：转录组测序（RNA-seq）+ qPCR 验证差异基因与通路。

4. 统计分析：单因素方差分析、独立样本 t 检验，p<0.05 为显著差异。

1. PS 纳米塑料特征：

原始 / 老化 PS 均为球形，粒径约 68–75 nm；老化使表面氧化、亲水性增强，但不改变形貌。

2. F0 代吸收与母叶→子叶传递：

吸收途径：90% 以上 PS 通过叶下表皮吸收，根贡献极小（无根毛、维管不发达）。

传递效率：母叶→子叶传递效率稳定在 1%–3%，老化不影响传递效率。

传递路径：PS 通过托叶在母叶与子叶间传递。

3. F1→F2 代传递与毒性：

传递效率：剂量依赖，0.1 mg/L 为 0.2%–0.6%，5 mg/L 为 0.7%–1.1%；低于母叶→子叶传递。

代际毒性：F1 代无明显抑制，F2 代特异性生长抑制：生长速率降 9±4%、叶数降 12±7%。

4. 分子机制（5 mg/L）：

转录组差异基因随世代递增：F1（206 个）、后暴露 F2（649 个）、暴露 F2（945 个）。

关键通路紊乱：昼夜节律、光合作用天线蛋白通路异常，光合效率下降。

抗逆代谢激活：二萜、苯丙烷类代谢增强，碳流转向防御，抑制生长。

1. 传递效率的影响因素：

老化不影响吸收与传递：表面氧化的抑制效应被蛋白冠形成的促进效应抵消。

代际效率递减：细胞壁 / 胞间连丝的屏障效应、亲代生长稀释共同导致。

2. F2 代特异性毒性：

非由 PS 累积量决定（F1、F2 累积量相近），而是世代特异性转录重编程所致。

与浮萍差异：紫背萍繁殖周期长、光合速率低，对纳米塑料毒性更滞后，呈现 F2 代特异性抑制。

3. 生态意义：

低剂量（0.1 mg/L）传递效率低，毒性效应尚不明确；高剂量（5 mg/L）下的代际毒性具有警示意义。

纳米塑料危害从 “个体” 升级为种群水平，为塑料污染风险评估提供新维度。

聚苯乙烯纳米塑料可在紫背萍中代际传递：托叶介导母叶→子叶（1%–3%）、F1→F2（0.2%–1.1%），传递效率呈剂量依赖性，且不受老化影响。

纳米塑料暴露引发F2 代特异性生长抑制，与昼夜节律、光合作用通路紊乱及抗逆代谢激活相关。

研究揭示了纳米塑料从亲代到子代的传递路径与毒性机制，为评估水生植物种群层面的纳米塑料风险提供关键依据。