1 研究成果简介

2025年4月9日，中国南开大学联合多国科研团队在《Nature》发表突破性研究，首次揭示了植物叶片对大气微塑料（MPs）的吸收机制及其环境累积效应。研究结合质谱检测（LC-MS/MS、Py-GC/MS）、高光谱成像（HSI）、原子力显微镜-红外光谱（AFM-IR）和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）等多技术手段，系统评估了典型塑料聚合物（如PET、PS）在植物叶片中的分布规律及迁移路径。研究发现，大气MPs通过气孔途径进入叶片，并沿质外体迁移至维管组织或富集于毛状体；露天种植的叶菜类蔬菜中MPs浓度可达10²–10³ ng/g干重，高污染区域（如涤纶工厂）植物叶片中浓度高达10⁴ ng/g干重。尽管短期植被恢复可见，但重金属污染沉积物与MPs的长期生态毒性仍需警惕。

2 关键科学问题

微塑料（MPs）在环境中广泛存在，但植物如何通过叶片直接吸收大气中的MPs仍缺乏可靠证据。传统研究多关注植物根系对土壤MPs的吸收，但对气态MPs的叶片吸收机制、累积路径及其环境风险尚未明确。文章聚焦以下核心问题：

（1）叶片是否通过特定途径（如气孔）吸收大气中的MPs？

（2）MPs在植物体内的迁移与积累规律如何？

（3）叶片吸收的MPs是否影响食物链安全？

3 图文导读

PET微塑料在环境中广泛存在并累积于植物体内

研究发现，采自天津不同污染程度地点的植物叶片中均检测到PET微塑料，其浓度与大气MPs浓度和叶片生长时间呈正相关（a-e）。主成分分析（f）表明PET浓度与气孔导度（Gs）、光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）等生理特征相关。g–i展示了开放式种植蔬菜中PET含量普遍高于温室种植，且外层叶片含量明显高于内层叶片。

Fig. 1 | Concentrations of the target MPs in leaves and vegetables and in the atmosphere in Tianjin.

叶面吸收是植物吸收微塑料的主要途径

研究发现，相比于根部暴露，叶面暴露后玉米叶片能在1天内快速吸收PET微塑料（a-b）。高剂量处理组的叶片横切面显示PET颗粒可分布于气孔、叶肉和毛状体中（c1-6）。d的高光谱特征进一步确认这些颗粒为PET聚合物。ABA处理关闭气孔后吸收效率显著下降，支持气孔为主要吸收通道的观点。

Fig. 2 | The absorbed PET MPs in the leaves from the field investigation and in the maize leaves from the laboratory simulation experiment.

荧光显微镜揭示微塑料聚集于植物组织中

研究发现，通过共聚焦激光扫描显微镜（CLSM），可以在玉米叶片的维管组织（a–c）、表皮层（d–f）中检测到红色荧光标记的PS微塑料颗粒，并与绿色植物自发荧光进行合并分析（Merged），进一步证实了其定位于叶片内部组织而非表面。对照组（g–i）中未检测到红色信号，验证了实验处理的特异性。

Fig. 3 | The absorbed fluorescent PS polymers observed in maize leaves.

微塑料可穿透表皮、迁移至叶片内部并富集于毛状体

研究发现，通过高光谱成像（HSI）结合光学显微镜观察，PS微塑料颗粒（红色）被检测到存在于角质层以下的表皮、叶肉细胞间隙（a1–6）、维管束（a7–9）以及毛状体内部（a10–11）。b通过激光剥蚀-ICP-MS 展示了不同叶片深度层的欧姆信号分布，确认了颗粒在中下层富集。c总结了颗粒沿“气孔→叶肉→维管束/毛状体”的胞间隙迁移路径。

Fig. 4 | The distribution of PS NPs in maize leaves and the speculated transport pathways.

4 创新点

（1）首次在野外尺度验证植物叶片对大气MPs的主动吸收：通过质谱检测与高光谱成像（HSI），量化了高污染区植物叶片中PET和PS的浓度（最高达104纳克/克干重）。

（2）揭示气孔途径的核心作用：利用ABA（脱落酸）调控气孔开闭实验，证实气孔是MPs进入叶片的主要通道，吸收效率达0.079%。

（3）阐明MPs在植物体内的迁移机制：通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）和共聚焦显微镜，发现纳米级MPs通过质外体途径迁移至维管组织，并富集于毛状体。

5 小结与展望

文章首次系统揭示了植物叶片吸收大气微塑料的普遍性与机制，突破了对陆地生态系统MPs循环的传统认知，具有多重科学与社会价值：

在环境监测新指标方面，叶片MPs浓度可动态反映区域大气污染水平，为环境政策制定提供低成本监测工具；

在食品安全预警方面，明确露天种植作物的MPs暴露风险，推动温室农业与净化技术的发展；

在生态修复启示方面：毛状体作为MPs的“天然捕获器”，为设计生物修复材料（如仿生吸附剂）提供灵感；

在全球污染治理方面：警示MPs通过气溶胶长距离传输的潜在跨境污染，呼吁国际协同管控。

未来可结合毒理学与AI模型，量化MPs经食物链的传递效率，并探索植物-微生物协同降解MPs的可行性，为构建“碳中和”背景下的污染防控体系提供科学支撑。

资讯来源：微信公众号”AI4EarthScience“推文《Nature论文解读：植物叶片吸收大气微塑料的环境行为与生态风险研究》

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