《Journal of Environmental Sciences》：Nanoplastics bioaccumulated in
Vallisneria natans strengthen its inhibitory effects on
Microcystis aeruginosa
编辑推荐：
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多环芳烃纳米颗粒（PS-NPs）可以在Vallisneria natans中积累。
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多环芳烃纳米颗粒（PS-NPs）可以在Vallisneria natans中积累。
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PS-NPs会诱导大型水生植物的代谢从生长转向防御。
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暴露于PS-NPs的大型水生植物会显著抑制蓝细菌的生长。
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PS-NPs的积累增强了大型水生植物的化感作用。
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PS-NPs可能通过间接途径改变淡水生态系统结构。
引言
水生生态系统中的塑料污染已成为一个紧迫的全球性问题（Wu等人，2024年）。多种途径，包括污水排放、地表径流、大气沉降和直接废物处理，都导致了水生环境中塑料污染的广泛存在（Jiang等人，2025a年）。在全球38个湖泊和水库中检测到的塑料碎片浓度范围从0.001到10个颗粒/立方米，其中93.8%为微塑料（MPs，小于5毫米）和纳米塑料（NPs，小于1微米）（Nava等人，2023年）。由于体积小，微塑料和纳米塑料（MNPs）容易进入水生食物链（Li等人，2025年）。特别是纳米塑料可以穿透生物细胞膜，进入水生植物和动物的体内。
纳米塑料（NPs）是水生生物面临的一种新的且日益普遍的环境压力源。先前的研究表明，NPs会抑制水生生物的生长和繁殖，引发氧化应激，甚至导致其死亡（Huang和Xia，2024年）。NPs也能被水生大型植物吸收，不同植物种类的吸收效率各不相同。例如，在沉水植物Vallisneria denseserrulata中检测到了NPs（Yuan等人，2023年）。与微塑料相比，Vallisneria natans更容易吸收NPs，从而引发更严重的氧化应激（Fu等人，2023年）。因此，越来越多的研究关注沉水植物在暴露于NPs和吸收NPs后的响应。现有研究表明，NPs在各种沉水植物中的积累会对它们的生长、生理和代谢过程造成损害（Yuan等人，2023年）。鉴于NPs对沉水植物的负面影响，许多研究致力于阐明沉水植物如何吸收NPs以及这种吸收如何影响它们的生长（Hao等人，2024年）。然而，需要注意的是，一旦NPs在沉水植物体内积累，它们可能会直接影响这些植物的生化过程，并对其他水生生物产生间接影响。最近的研究发现，Vallisneria吸收100纳米的聚苯乙烯纳米颗粒（PS-NPs）会破坏根际微生物群落（Fu等人，2023年）。还有研究表明，积累在Hydrilla verticillata叶片表面的PS-NPs会改变其生物膜中的微生物群落（Yu等人，2022年）。这些发现表明，沉水植物对NPs的吸收可能会间接影响周围环境。
在水生环境中，沉水植物通过吸收营养物质（如氮和磷）、竞争光照以及释放化感物质或其他根系分泌物，可以显著影响浮游植物的生物量和群落组成（Xing等人，2013年）。沉水植物释放化学物质是它们在水生生态系统中与其他生物竞争的固有特性（Baetz和Martinoia，2014年）。例如，Eichhornia crassipes分泌的N-phenyl-1-naphthylamine会损害Microcystis aeruginosa的光系统II的光化学活性和细胞膜完整性（Gao等人，2017年）。同时，先前的研究还表明，其他环境压力因素，如磷缺乏或镉暴露，也可以调节大型水生植物中化感物质的产生和释放（Liu等人，2024年）。这表明环境压力因素可能通过调节次级代谢途径来影响沉水植物释放化学物质。因此，一旦NPs在沉水植物体内积累，它们可能会影响浮游植物的生长，因为这会改变沉水植物的代谢途径。然而，一些浮游植物物种能够适应沉水植物带来的不利影响。例如，M. aeruginosa释放的微囊藻毒素能够通过破坏叶绿体和引发氧化应激来抑制沉水植物的生长（Cheng等人，2023年）。此外，M. aeruginosa的裂解产物会导致V. natans的细胞器不可逆损伤，引发程序性细胞死亡和生物量下降。因此，水生生态系统中沉水植物与浮游植物之间的相互作用在很大程度上取决于相关生物的生理状态，而这些生物状态可能受到NPs的统一影响。尽管已经进行了大量研究来分别探讨NPs积累对沉水植物和浮游植物的影响，但在共培养条件下研究浮游植物与暴露于NPs的沉水植物之间相互作用的努力仍然不足（Liu等人，2025b年）。
在此背景下，本研究调查了沉水植物V. natans对特定尺寸的PS-NPs的吸收和积累情况，以及由此产生的细胞和代谢反应。我们进一步研究了这些变化如何影响共培养的M. aeruginosa的生长和代谢途径。目的是探索这种新型功能干扰的潜在机制，并评估PS-NPs暴露对沉水植物的生态影响。
章节摘要
PS-NPs、V. natans和M. aeruginosa
不同粒径（20、50和100纳米）的PS-NPs，分别用.core-embedded Nile Blue或4-chloro-7-nitro-1,2,3-benzoxadiazole标记，由中国北京的中科黎明科技有限公司提供，以1%（10克/升）的浓度悬浮在去离子水中。产品的详细信息和配方信息见补充材料中的Text S1。使用扫描电子显微镜分析了PS-NPs的粒径分布和表面特征。
PS-NPs在V. natans中的吸收和分布
在V. natans的根部和叶片组织中观察到了与PS-NP吸收一致的荧光信号。空间分布表明，根部是PS-NPs的主要吸收途径。激光扫描共聚焦显微镜（LSCM）显示，在1天内，根部边缘和内部组织出现了红色荧光信号（表明存在NPs），并且第3天的空间覆盖范围显著增加（图1a）。叶片中的荧光信号较弱，表明吸收和转运主要由根部完成（图1b）。
结论
在本研究中，我们发现V. natans以与粒径相关的方式吸收了PS-NPs（20、50和100纳米），在较小粒径的处理组中观察到更明显的氧化应激和代谢重编程。PS-NPs的积累与V. natans的生长-防御平衡有关，增强了酚类和黄酮类物质的变化，并加强了其化感作用。在共培养条件下，暴露于PS-NPs的V. natans与M. aeruginosa之间的相互作用...
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
Yao Qian：撰写 – 原始草案，实验研究。 Zhipeng Zhen：可视化，实验研究，数据管理。 Yuanlin Zheng：验证，概念化。 Haijun Xu：撰写 – 原始草案，资金获取，概念化。 Jun Li：撰写 – 原始草案，数据管理，概念化。 Hong Li：撰写 – 审稿与编辑，监督，方法学，资金获取，概念化。 Gang Pan：撰写 – 审稿与编辑，监督，概念化。
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
本工作得到了中国国家自然科学基金（项目编号52370199）、重庆市技术创新与应用发展重点项目（项目编号CSTB2025TIAD-KPX0050）以及重庆市投资集团创新项目（项目编号SJPPP-2024-025）的支持。
Yao Qian | Zhipeng Zhen | Yuanlin Zheng | Haijun Xu | Jun Li | Hong Li | Gang Pan
