安徽农业大学:壳藻-碳点复合材料形成叶片表面屏障,以减轻纳米塑料的富集和入侵:从叶片界面到系统性反应
近日，安徽农业大学林学与园林学院刘颖竹教授团队，在《Advanced Science》（JCR Q1、IF14.1）上在线发表了题为 " Chitosan-Carbon Dot Composite Materials Form a Leaf Surface Barrier to Mitigate the Enrichment and Invasion of Nanoplastics: From Leaf Interface to Systemic Response " 的研究论文。该研究针对大气沉降中微纳塑料（M/NPs）对叶类蔬菜的污染风险，提出了一种由壳聚糖（CS）和碳点（CDs）组成的复合喷施材料（CS-CDs），并以小白菜（Brassica rapa）为模型，系统探究了其在缓解聚苯乙烯纳米塑料（PS）胁迫中的协同作用机制。研究从叶片表面到植株系统层面，揭示了CS-CDs外阻内调的双重保护策略。CS-CDs在叶片表面形成均匀、致密的保护膜，显著阻止PS颗粒的附着与气孔侵入。扫描电镜和荧光成像显示，CS-CDs处理有效减少了PS在气孔周围及叶肉组织中的积累，并阻断了其向根部的运输。这一物理屏障作用具有持久性，且对叶片结构无不良影响。CS-CDs中的CDs组分可被叶片吸收并通过维管束系统转运至茎和根，发挥系统性的生理调节作用。研究表明，CS-CDs显著缓解了PS胁迫对植物生长的抑制：在处理第45天，小白菜的鲜重和干重分别提高了26.17%和30.77%。同时，光合参数和光合色素含量也显著恢复，表明CDs可能通过调节光系统电子传递和光转换效率，改善了光合功能。在抗氧化方面，CS-CDs显著降低了PS诱导的活性氧（如H2O2和O2⁻）积累和细胞膜损伤，增强了过氧化物酶、超氧化物歧化酶和过氧化氢酶的活性。此外，CS-CDs还改善了叶际微生物群落的多样性和结构，香农指数提高103.93%，并富集了如假单胞菌属、放线菌门等有益菌群，有助于氮固定、激素合成和有机质降解。代谢组和通路分析进一步揭示，CS-CDs激活了角蛋白、软木脂、蜡质合成及苯丙烷代谢等防御通路，促进了黄酮类、木质素等次生代谢产物的合成，增强了细胞壁强度和抗氧化能力。相比之下，PS处理则诱导了谷胱甘肽代谢和亚油酸代谢等应激通路，显示出明显的氧化损伤。综上，该研究首次系统阐明了CS-CDs复合材料通过表面屏障与内部调控双重协同机制，减轻大气纳米塑料对叶菜类作物胁迫的综合作用，涵盖了物理、化学、微生物和分子多个层面，为开发环境友好型纳米材料保障农产品安全提供了新策略原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/advs.75278
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