植物對(duì)污染物的吸收是污染物進(jìn)入食物鏈的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。盡管陸地微塑料（MPs）能被植物根系吸收，但其向上轉(zhuǎn)移速度很慢。與此同時(shí)，大氣中微塑料廣泛存在，但此前一直缺乏有力證據(jù)表明植物能直接吸收大氣中的微塑料。
近日，南開(kāi)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院聯(lián)合其合作研究組，通過(guò)質(zhì)譜檢測(cè)等分析手段發(fā)現(xiàn)，植物葉片中普遍存在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）和聚苯乙烯（PS）及低聚物，且其含量會(huì)隨著大氣中微塑料濃度升高以及葉片生長(zhǎng)時(shí)間延長(zhǎng)而增加。在像Dacron工廠和垃圾填埋場(chǎng)這類高污染區(qū)域，植物葉片中PET和PS濃度可達(dá)每克干重104ng。在露天種植的葉類蔬菜中，能檢測(cè)到每克干重為102-103ng的PET和PS。該研究還運(yùn)用原子力顯微鏡-紅外光譜技術(shù)（AFM-IR），突破了環(huán)境樣品中微/納塑料的粒徑尺寸限制和表征的研究瓶頸，檢測(cè)出植物葉片中的納米級(jí)PET， PS ，PA6（尼龍6）以及PVC（聚氯乙烯）顆粒。綜合質(zhì)譜、高光譜成像及AFM-IR等先進(jìn)技術(shù)的研究結(jié)果表明，植物葉片吸收和積累大氣微塑料的現(xiàn)象在環(huán)境中廣泛存在，評(píng)估人類和其他生物對(duì)環(huán)境微塑料的暴露時(shí)，不應(yīng)忽視這一點(diǎn)。研究還揭示了葉片內(nèi)富集微塑料與大氣微塑料的關(guān)聯(lián)，并通過(guò)模擬暴露實(shí)驗(yàn)闡明了微塑料可通過(guò)葉片氣孔吸收、經(jīng)質(zhì)外體途徑進(jìn)入維管束，且會(huì)在毛狀體中積累的吸收和富集機(jī)制。
該研究成果以“Leaf absorption contributes to accumulation of microplastics in plants”為題，于 2025年4月9日發(fā)表在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature》雜志上。
通過(guò)質(zhì)譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)植物葉片中廣泛存在PET和PS及低聚物，且其含量隨大氣中濃度和葉片生長(zhǎng)時(shí)間增加而增加。
玉米葉片可通過(guò)氣孔吸收未標(biāo)記、熒光標(biāo)記或銪標(biāo)記的塑料顆粒，并通過(guò)質(zhì)外體途徑轉(zhuǎn)運(yùn)至維管組織，最終在毛狀體積累，這一過(guò)程被高光譜成像、共聚焦顯微鏡和激光消融電感耦合等離子體質(zhì)譜所證實(shí)。
微塑料主要通過(guò)氣孔進(jìn)入葉片，這與氣孔的大小和葉片的生理特性有關(guān)。研究表明，玉米葉片的氣孔大小大于大氣中大部分PET顆粒，為微塑料進(jìn)入葉片提供了可能，且關(guān)閉氣孔的調(diào)節(jié)劑脫落酸（ABA）處理會(huì)使葉片對(duì)PET聚合物的吸收效率降低。
葉片中的微塑料含量與大氣中微塑料的濃度呈正相關(guān)，葉片生長(zhǎng)時(shí)間越長(zhǎng)、越靠近外部的葉片，微塑料含量越高，表明植物葉片具有累積微塑料的能力。
植物葉片吸收微塑料后，會(huì)引起植物生理特性的變化，如對(duì)基因表達(dá)、代謝產(chǎn)物等產(chǎn)生影響，進(jìn)而可能影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育。
研究者們采用布魯克公司原子力顯微鏡-紅外光譜技術(shù)（AFM-IR），突破了環(huán)境樣品中微/納塑料的粒徑尺寸限制和表征的研究瓶頸，檢測(cè)了植物葉片中的PET，PS，PA6和PVC納米顆粒。AFM-IR能夠結(jié)合原子力顯微鏡的高空間分辨率和紅外光譜的化學(xué)識(shí)別能力，可提供優(yōu)于10nm空間分辨率，使研究者可以在納米尺度上對(duì)葉片中的微塑料顆粒進(jìn)行化學(xué)成分分析。從化學(xué)光譜中證實(shí)了葉片中存在的PET，PS，PA6和PVC等微納塑料顆粒，為研究提供了直觀且可靠的證據(jù)，這對(duì)識(shí)別和確認(rèn)微/納塑料顆粒的種類以及它們?cè)谌~片中的分布至關(guān)重要。
PET納米顆粒檢測(cè)：
在Dacron工廠附近的植物葉片消化液中，AFM-IR檢測(cè)到40nm左右的PET顆粒，通過(guò)AFM形貌（圖1 c-1）和 1722 cm-1處AFM-IR紅外成像圖（圖1 c-2）比較， 清晰可見(jiàn)紅外吸收信號(hào)（紫色）明顯強(qiáng)于周圍基底。另外，通過(guò)對(duì)比PET納米顆粒的AFM-IR光譜和其標(biāo)準(zhǔn)FT-IR光譜可以準(zhǔn)確確認(rèn)PET納米顆粒的化學(xué)成分，該數(shù)據(jù)為葉片對(duì)大氣中PET微塑料的吸收和累積提供了直接證據(jù) 。
圖1. Dacron工廠植物（B. papyrifera）葉片中PET的檢測(cè)（圖片根據(jù)原文重新編輯）。（c-1） AFM形貌圖 ， (c-2) 1722cm-1處的AFM-IR紅外成像圖 ，（c-3） AFM-IR 光譜 (紅色代表葉片中 PET納米顆粒)，PET 納米顆粒的FT-IR 光譜(藍(lán)色)
PS顆粒的檢測(cè)：
在填埋場(chǎng)的植物葉片中，AFM-IR可觀察到納米級(jí)的PS顆粒，通過(guò)AFM形貌（圖2 d-1）和 1600 cm-1處的AFM-IR紅外成像圖（圖2 d-2）比較， 清晰可見(jiàn)紅外吸收信號(hào)（紅色）明顯強(qiáng)于周圍基底。另外，通過(guò)對(duì)比PS納米顆粒的AFM-IR光譜和其標(biāo)準(zhǔn)FT-IR光譜可以準(zhǔn)確確認(rèn)PS納米顆粒的化學(xué)成分，進(jìn)一步證實(shí)了葉片對(duì)不同種類微塑料的吸收能力。
圖2. 垃圾填埋場(chǎng)植物（E. japonicus）葉片中PS, PA6和PVC檢測(cè)（圖片根據(jù)原文重新編輯）。（d-1）PS顆粒AFM形貌圖 ， (d-2) 1600 cm-1處的AFM-IR紅外成像圖 , (d-3) AFM-IR 光譜 (紅色代表葉片中PS納米顆粒)，PS納米顆粒的FT-IR 光譜(藍(lán)色), （e-1）， PA6和PVC 混合顆粒AFM形貌圖 ， (e-2) 1720 cm-1處的AFM-IR紅外成像圖 ，（e-3） AFM-IR 光譜 (藍(lán)色)，(e-4) PA6 的 FT-IR 光譜, （e-5） PVC 的FT-IR 光譜
混合塑料顆粒的檢測(cè)：
在填埋場(chǎng)的植物葉片消化溶液中，AFM-IR觀察到疑似PA6和PVC混合物的形貌（圖2 e-1）和1720 cm-1處的AFM-IR紅外成像圖（圖2 e-2），清晰可見(jiàn)紅外吸收信號(hào)（紅色）明顯強(qiáng)于周圍基底，通過(guò)對(duì)比混合物納米顆粒的AFM-IR光譜和標(biāo)準(zhǔn)PA6 （圖2 e-4）和 PVC （圖2 e-5）FT-IR光譜可以準(zhǔn)確確認(rèn)該納米顆粒為PA6和PVC的混合物，揭示了葉片中可能存在多種類型的混合微納塑料顆粒。
布魯克公司IconIR 型納米紅外系統(tǒng)為AFM-IR數(shù)據(jù)測(cè)量提供支持
研究作者們?cè)谥轮x部分對(duì)布魯克公司應(yīng)用科學(xué)家魏琳琳博士提供AFM-IR數(shù)據(jù)測(cè)量致謝。
布魯克公司（Bruker）的大樣品臺(tái)納米紅外光譜（Dimension IconIR）平臺(tái)，集成了基于峰值力輕敲模式的形貌、PeakForce QNM、PeakForce KPFM等電學(xué)、納米力學(xué)測(cè)量、以及納米紅外成像（AFM-IR）等技術(shù)，可為環(huán)境、生態(tài)研究中微米塑料顆粒的形貌、納米力學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)和納米尺度化學(xué)成分和官能團(tuán)的分布測(cè)量提供強(qiáng)有力的表征工具和研究方法。
原文鏈接：
Li, Y., Zhang, J., Xu, L. et al. Leaf absorption contributes to accumulation of microplastics in plants. Nature, 641, 666–673 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-0
Bruker IconIR納米紅外光譜介紹:
https://www.bruker.com/en/products-and-solutions/infrared-and-raman/nanoscale-infrared-spectrometers/dimension-iconir.html