双传感器指示大豆植物在低剂量镧暴露下的不可见损伤

为了解决低剂量稀土元素对植物生长影响难以监测的问题，研究人员利用双传感器在大豆植物中实时检测了低剂量镧暴露引起的不可见损伤。研究表明，这种技术能够有效监测植物细胞生物标志物的变化，提供早期预警，具有重要的生态风险评估意义。

　　

论文解读

在当今世界，随着工业化和农业化的快速发展，稀土元素（REEs）作为一种新兴污染物，其对环境和生态系统的影响日益受到关注。特别是低剂量的稀土元素（如镧La(III)）对植物生长的潜在危害，尽管其影响不如高剂量显著，但其长期积累可能对植物细胞造成不可见的损伤，进而影响植物的生理和生化过程。这种不可见的损伤可能导致植物生长受阻、产量下降，甚至对人类健康构成潜在威胁。因此，如何快速、准确地监测和评估低剂量稀土元素对植物的影响，成为当前环境科学研究的一个重要课题。

为了解决这一问题，中国的一组研究人员开展了相关研究，旨在通过双传感器技术实时监测大豆植物在低剂量镧暴露下的不可见损伤。该研究利用电化学工作站和激光共聚焦显微镜等技术，分析了大豆植物在连续14天暴露于低剂量镧后的生理和生化指标变化。研究发现，低剂量镧暴露导致大豆植物叶片细胞中某些蛋白质（如vitronectin-like protein, VN和arabinogalactan proteins, AGP）的变化，这些变化与植物的氧化应激反应、叶绿素含量、电解质泄漏和细胞活力等生理指标密切相关。

研究结果显示，低剂量镧暴露虽然没有引起大豆植物宏观上的可见损伤，但在微观层面上，叶片细胞的MDA含量、叶绿素含量、电解质泄漏和细胞活力均发生了显著变化。此外，镧在植物体内的积累呈现出叶片>茎>根>荚>种子的分布特征。通过构建双传感器系统，研究人员成功地实时监测了大豆植物细胞中VN和AGP的变化，这些变化作为生物标志物，能够准确反映植物受到的不可见损伤。

研究的重要意义在于，双传感器技术提供了一种新的方法来实时监测和评估低剂量稀土元素对植物的影响，这不仅有助于早期预警环境污染，还能为环境保护和食品安全提供科学依据。论文发表在《Ecological Indicators》期刊上，进一步强调了其在生态环境监测中的重要性。

在研究过程中，研究人员采用了多种关键技术方法。首先，他们利用电化学工作站进行电化学阻抗谱（EIS）分析，通过测量电极表面的电子转移电阻（Ret）来评估植物细胞的生理状态。其次，利用激光共聚焦显微镜观察植物细胞的内吞作用，分析镧在细胞内的分布和积累情况。此外，还使用了紫外-可见分光光度计、电导率仪和电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）等设备，分别测定植物的叶绿素含量、电解质泄漏和镧的含量。

研究结果表明，低剂量镧暴露激活了大豆植物叶片细胞的内吞作用，导致镧在细胞内的积累增加。这种积累不仅影响了植物的生理状态，还可能对食品安全构成潜在威胁。通过双传感器系统的实时监测，研究人员发现VN和AGP的变化与镧的积累密切相关，这些变化可以作为生物标志物，用于评估植物受到的不可见损伤。

综上所述，该研究通过双传感器技术成功实现了对低剂量镧暴露下大豆植物不可见损伤的实时监测，揭示了镧在植物体内的积累机制及其对植物生理状态的影响。这一研究成果为环境风险评估和生态保护提供了新的方法和思路，具有重要的科学意义和应用价值。