多壁碳纳米管缓解微塑料诱导的杨树微繁殖毒性：从氧化应激调控到细胞壁重建

针对微塑料(PS)污染对木本植物微繁殖的抑制作用，研究人员通过体外培养杂交杨84K，发现50-200 mg·L-1的3 μm PS颗粒会浓度依赖性地抑制不定根形成、新梢再生和光合作用(ΦPSII降低9-20%)。创新性地引入50 mg·L-1多壁碳纳米管(MWCNTs)，通过形成PS-MWCNTs复合结构减少颗粒粘附，同时恢复生长素-细胞分裂素平衡，激活分生组织维持基因，为纳米材料在生态修复中的应用提供新思路。

　　

随着全球塑料产量预计在205年达到12000万吨，微塑料污染已成为陆地生态系统面临的重大环境挑战。其中3 μm大小的聚苯乙烯(PS)微塑料因其芳香环结构易与环境污染物结合，占全球塑料产量的7.1%，但对其在木本植物中的毒性机制研究仍存空白。杂交杨84K(Populus alba × Populus glandulosa)作为具有全基因组测序的速生树种，是研究这一问题的理想模型。

研究人员通过建立茎段微繁殖和叶片离体再生系统，发现50和200 mg·L^-1 PS处理使杨树不定根鲜重分别降低11%和43%，总叶绿素含量下降9-21%，且显著抑制次生木质部形成。机制研究表明PS通过诱导活性氧(ROS)过度积累，破坏初生细胞壁再生进程。引人注目的是，共添加50 mg·L^-1多壁碳纳米管(MWCNTs)后，扫描电镜(SEM)显示其通过π-π相互作用与PS形成复合物，减少颗粒在根表的粘附，使不定根数量恢复至对照组的85%。在分子层面，MWCNTs重新激活了WUSCHEL(WUS)和WOODEN LEG(WOL)等分生组织维持基因的表达，并恢复生长素(IAA)与玉米素核苷(ZR)的平衡比例(从PS处理的1:2.3恢复至1:1.7)。

研究采用的主要技术包括：离体培养系统建立、光合参数(ΦPSII)测定、激光共聚焦显微镜观察ROS分布、高效液相色谱(HPLC)定量植物激素、实时荧光定量PCR(qRT-PCR)分析基因表达等。

【结果与讨论】

1. 形态学影响：200 mg·L^-1 PS处理使再生芽数量减少78%，MWCNTs共处理组较单独PS组提高2.3倍。
2. 氧化应激响应：PS处理使超氧化物歧化酶(SOD)活性降低34%，而MWCNTs使其恢复至对照水平的90%。
3. 细胞壁重建：免疫荧光显示PS延迟了纤维素合酶基因(CesA4)表达，MWCNTs促进果胶甲基酯酶(PME)活性恢复。
4. 木质化调控：组织化学染色显示MWCNTs使导管分子占比从PS组的18%提升至27%。

【结论】该研究首次阐明MWCNTs通过"物理吸附-生化调控"双途径缓解PS毒性的机制：在物理层面形成PS-MWCNTs复合物减少生物接触；在分子层面通过调节IAA/ZR比例(从1.7升至2.1)激活WOX4介导的维管再生。论文发表于《Journal of Hazardous Materials Advances》，为纳米材料在造林苗木生产中的应用提供理论依据，但作者也强调需评估MWCNTs的长期生态风险。