Naarmate milieuactivisten en consumenten zich steeds meer zorgen maken over micro- en nanoplastics in de oceanen en in zeevruchten, ze worden steeds vaker bestudeerd in mariene omgevingen, zeggen Baoshan Xing van de Universiteit van Massachusetts Amherst en collega's in China. Maar "er is weinig bekend over het gedrag van nanoplastics in terrestrische omgevingen, vooral landbouwgronden, " voegen ze eraan toe.

Xing, een milieuwetenschapper aan de Stockbridge School of Agriculture van UMass Amherst, en medewerkers aan de Shandong University, China, wijzen erop dat tot nu toe er was geen direct bewijs dat nanoplastics worden geïnternaliseerd door terrestrische planten.

Ze stellen, "Onze bevindingen leveren direct bewijs dat nanoplastics zich kunnen ophopen in planten, afhankelijk van hun oppervlaktelading. Ophoping van nanoplastics door planten kan zowel directe ecologische effecten hebben als implicaties voor de duurzaamheid van de landbouw en de voedselveiligheid." Zowel positief als negatief geladen nanoplastics hopen zich op in de veelgebruikte laboratoriummodelplant, Arabidopsis thaliana.

Xing voegt eraan toe dat wijdverbreid wereldwijd gebruik en persistentie in het milieu resulteren in een "enorme" hoeveelheid plastic afval. Hij zegt, "Onze experimenten hebben ons bewijs geleverd van de opname en accumulatie van nanoplastics in planten in het laboratorium op weefsel- en moleculair niveau met behulp van microscopische, moleculaire en genetische benaderingen. We hebben dit van wortel tot spruit gedemonstreerd." Details zijn binnen Natuur Nanotechnologie deze week.

Xing wijst erop dat nanoplasticdeeltjes zo klein kunnen zijn als een eiwit of een virus. Verwering en degradatie veranderen de fysische en chemische eigenschappen van plastic en geven oppervlakteladingen, dus omgevingsdeeltjes zijn anders dan de ongerepte polystyreen nanoplastics die vaak in het laboratorium worden gebruikt. "Dit is de reden waarom we polystyreen nanoplastics hebben gesynthetiseerd met positieve of negatieve oppervlakteladingen voor gebruik in onze experimenten."

Hij hielp bij het ontwerpen van de studie, de resultaten interpreteren, het manuscript evalueren en herzien terwijl een groot team van de Shandong University onder leiding van Xian-Zheng Yuan en Shu-Guang Wang de experimenten uitvoerde.

Ze kweekten Arabidopsis-planten in aarde gemengd met verschillend geladen, fluorescerend gelabelde nanoplastics om plantgewichten te beoordelen, hoogte, chlorofylgehalte en wortelgroei. Na zeven weken, ze zagen dat de biomassa en hoogte van planten lager waren in planten die waren blootgesteld aan nanoplastics dan in controles, bijvoorbeeld.

"Nanoplastics hebben de totale biomassa van modelplanten verminderd, " Xing voegt toe. "Ze waren kleiner en de wortels waren veel korter. Als je de biomassa vermindert, het is niet goed voor de plant, de opbrengst is laag en de voedingswaarde van gewassen kan in gevaar komen."

Hij voegt toe, "We ontdekten dat de positief geladen deeltjes niet zo veel werden opgenomen, maar ze zijn schadelijker voor de plant. We weten niet precies waarom, maar het is waarschijnlijk dat de positief geladen nanoplastics meer interactie hebben met water, voedingsstoffen en wortels, en veroorzaakte verschillende sets van genexpressies. Dat moet verder worden onderzocht bij akkerplanten in de omgeving. Tot dan, we weten niet hoe het de gewasopbrengst en de veiligheid van voedselgewassen kan beïnvloeden."

Het team analyseerde ook zaailingen om de gevoeligheid van de wortels voor geladen nanoplastics te onderzoeken. 10 dagen blootgesteld, De groei van zaailingen werd geremd in vergelijking met die van controlezaailingen. Om verantwoordelijke moleculaire mechanismen te identificeren, de onderzoekers gebruikten RNA-Seq transcriptomische analyses van wortels en scheuten, verifieerde vervolgens de resultaten met een kwantitatieve PCR-test op drie wortelgenen en vier scheutgenen.

"Ongeacht de oppervlaktelading, Arabidopsis kan nanoplastics opnemen en transporteren met een grootte van minder dan 200 nm, " schrijven ze. Verder, "In dit onderzoek, we tonen vooral aan dat de route van opname en transport van nanoplastics in wortelweefsels verschilde tussen differentieel geladen nanoplastics."