老化及纳米级聚乳酸加剧水稻幼苗砷积累与毒理机制：与微米级聚乳酸对比研究

本综述系统阐述了微纳塑料（M(N)Ps）与砷（As）复合污染对水稻幼苗的协同效应。研究通过荧光标记与激光剥蚀技术首次可视化证实聚乳酸（PLA）可作为砷的载体通过木质部共转运，揭示老化及纳米级PLA通过影响三羧酸循环（TCA cycle）和苯丙氨酸代谢通路加剧砷积累与氧化应激的毒理机制，为评估微塑料-重金属复合污染对粮食安全的风险提供新视角。

　　

^{Potential of PLA as a transport carrier for As}

先前研究证实尺寸与老化是影响微纳塑料（M(N)Ps）作为重金属（HMs）载体的关键因素，本研究通过吸附动力学与等温线实验进一步验证该结论（图1）。纳米级PLA相较于微米级展现出更大的五价砷（As(V)）吸附容量与更快的吸附速率。老化后的纳米级PLA的砷吸附能力显著增强，这可能源于孔隙填充、静电相互作用和表面络合等机制。值得注意的是，老化过程在PLA表面产生更多含氧官能团（如羧基），通过静电吸引与As(V)阴离子结合，从而提升吸附性能。

这些特性表明PLA具备作为As载体的潜力。通过共聚焦显微镜观察荧光标记的PLA在水稻幼苗中的分布，发现PLA颗粒可渗透至根尖组织，并通过木质部向上迁移。有趣的是，激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）成像显示砷的分布与PLA荧光信号高度重叠，尤其在叶脉区域形成共聚集（图2）。这为"塑料-重金属共转运"假说提供了直接证据：PLA吸附As后形成复合污染物，通过蒸腾作用在植物体内协同迁移。

^{Conclusion and environmental implications}

本研究采用荧光标记与激光剥蚀原位可视化技术证实，聚乳酸（PLA）可作为五价砷（As(V)）的有效载体，促进其通过根部木质部迁移并在叶脉中聚集，从而增加总砷积累量。相较而言，纳米级与老化PLA展现出更强的载体效应。进一步通过非靶向代谢组学技术发现，复合污染通过干扰三羧酸循环（TCA cycle）和苯丙氨酸生物合成这两个关键代谢枢纽，影响下游与氧化应激抗性相关的代谢物，最终抑制水稻幼苗生长。该研究为理解微纳塑料增强植物重金属积累的机制及其健康风险提供了新视角。

^{CRediT authorship contribution statement}

齐莹安（Qiuying An）：原创撰写、可视化、数据整理、概念设计；郑卓（Zhuo Zhen）：可视化；林凡雨（Fanyu Lin）：软件、方法论；颜长州（Changzhou Yan）：审阅编辑、监督、资源整合、项目管理、资金获取、概念设计。

^{Declaration of competing interest}

作者声明不存在可能影响本研究结果的已知竞争性经济利益或个人关系。

^{Acknowledgments}

本项目获中国科学院战略性先导科技专项（编号XDA23030203）和国家重点研发计划（编号2022YFF1301304）支持。