锌离子增强水稻幼苗对纳米塑料胁迫的耐受性：传统锌肥的开发与优化新策略

为解决纳米塑料污染对农业可持续性的威胁，研究人员开展锌离子(Zn2+)缓解聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)胁迫的机制研究。通过水培实验发现，ZnSO4通过器官特异性机制（地上部优化氮代谢、根部调控碳代谢）显著缓解PS-MPs对水稻生长的抑制，降低ROS积累并恢复光合作用。该研究为传统锌肥的优化应用提供理论依据，对减少ZnO纳米颗粒的环境风险具有重要意义。

　　

随着全球塑料污染的加剧，纳米级塑料颗粒(MPs)在农业环境中的积累已成为威胁粮食安全的隐形杀手。聚苯乙烯微塑料(PS-MPs)因其化学稳定性和生物累积性，能通过根系进入作物组织，破坏细胞代谢并抑制生长。更棘手的是，当前广泛使用的纳米氧化锌(ZnO NPs)肥料虽能缓解MPs毒性，但其环境残留可能引发生态风险。如何平衡作物保护与环境安全，成为农业可持续发展的重要命题。

针对这一难题，国内某研究机构（注：原文未明确机构名称）的研究团队在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表创新成果。研究人员通过水培实验系统解析了传统锌肥(ZnSO₄)缓解PS-MPs胁迫的分子机制，发现锌离子能通过器官特异性调控策略增强水稻耐受性：在地上部通过优化氮代谢恢复光合效率，在根部则通过调节碳代谢减少氧化损伤。这一发现为开发环境友好型锌肥提供了新思路。

研究采用多组学联用技术：通过扫描电镜(SEM)观察PS-MPs在根系的分布，利用光合仪测定叶绿素荧光参数(Fv/Fm/Y(II)/NPQ)，结合LC-MS非靶向代谢组学分析差异代谢物，并采用qPCR定量锌转运蛋白基因(OsZIPs)表达。

3.1 PS-MPs与锌的相互作用
电镜与动态光散射显示，80 nm PS-MPs表面带负电（ζ电位-25.55 mV），添加Zn²⁺后电位显著降低至-3.05 mV，表明二者通过静电作用形成聚集体，可能阻碍植物对PS的吸收。

3.2 锌缓解生长抑制
PS处理使水稻根长缩短18.1%，而ZnSO₄处理组根长反超对照组10.3%。SEM证实PS-MPs可进入根内皮层，但Zn共处理组未见颗粒积累，提示锌通过增大颗粒尺寸阻断吸收。

3.3 光合与氧化应激调控
PS胁迫导致光合参数Fv/Fm、qL分别下降21.4%和33.6%，而Zn处理使二者恢复至对照水平。同时，锌将PS引发的H₂O₂和MDA含量降低47.8%和52.3%，并提升SOD/POD活性1.8-2.2倍。

3.4 代谢重编程机制
代谢组学发现地上部氨基酸（脯氨酸/苯丙氨酸）积累与氮代谢紊乱相关，而根部苯丙烷类代谢物（对香豆酸/山奈酚）激增。锌处理可分别使这两类代谢物减少68%和55%，呈现器官特异性调控。

3.5 锌稳态调控
PS导致植株锌含量下降35-42%，但显著上调OsZIP4/7/9等转运基因表达2.1-3.8倍。外源锌补充后，这些基因表达回落，同时组织锌水平恢复正常。

该研究首次阐明传统锌肥通过"地上-地下"双途径协同缓解纳米塑料胁迫的机制：地上部通过稳定光合机构与氮代谢平衡促进生长，根部则通过调控碳代谢与抗氧化系统减轻氧化损伤。这一发现不仅为ZnSO₄替代ZnO NPs提供科学依据，更建立了作物抗逆性与营养调控的新关联。未来研究可针对不同土壤-作物系统优化锌肥配方，推动绿色农业实践。