浙大林道辉团队: 组织层面揭示纳米塑料+镉对浮萍根叶毒性的差异

2025-12-12 14:06:31, 林道辉教授团队 TOFWERK中国-南京拓服工坊

研究背景

纳米塑料 (Nanoplastics, NPs) 在水环境中广泛存在。由于其具有超小的粒径和高比表面积，不仅自身能对生物体产生不利影响，还能与水体中常见的重金属污染物发生相互作用，从而改变污染物的环境行为与毒性效应。

镉 (Cd) 作为一种典型的高毒性重金属，广泛存在于水环境中，易被水生植物吸收并沿食物链传递，威胁生态系统安全和人类健康。然而，纳米塑料与镉在水生植物中的联合作用机制尚不明确，特别是组织层面上的效应缺乏进一步研究。

论文信息

近日，浙江大学林道辉教授带领研究团队以代表性水生植物浮萍 (Spirodela polyrhiza) 为对象，探讨了聚苯乙烯纳米塑料 (PS-NPs) 与镉共暴露下浮萍根和叶片对重金属镉的组织特异性响应机制。

Figure 镉与纳米塑料共暴露下浮萍根与浮叶的差异性毒性响应

该研究通过激光剥蚀电感耦合等离子体质谱 (LA-ICP-MS) 和共聚焦激光扫描显微镜 (CLSM) 等技术手段，原位分析了 Cd 与 PS-NPs 在浮萍根与叶状体中的分布。结果表明，PS-NPs 显著增强了 Cd 在根尖区域的积累（最高增加 19.3%），但抑制了其向基部根区和叶状体的转运（最高减少 26.8%）且改变了 Cd 的化学形态与迁移行为。

Figure 纳米塑料对浮萍体内镉分布的影响

代谢组学与基因表达分析进一步发现，PS-NPs 通过提高有机酸含量并调控重金属转运相关基因编码的蛋白表达（如 Nramp5、ZIP1、HMA3 上调和 HMA2 下调）来对浮萍的代谢过程产生影响。

Figure 镉与纳米塑料共暴露下浮萍根部的代谢-基因重编程

值得注意的是，PS-NPs 与 Cd 的共暴露导致浮萍根部毒性加剧，而叶片的 Cd 毒性反而减轻。“根-叶毒性分异”现象为理解纳米塑料与重金属复合污染在水生植物中的生态风险提供了新视角。该研究揭示了纳米塑料通过改变植物代谢和基因调控，促进镉在根系的滞留并减少其向叶片的迁移的机制。这一“组织特异性调控”导致了根系毒性增强与叶片毒性缓解的差异性结果，为理解纳米塑料与重金属在水生生态系统中的复杂交互提供了新的视角。

该成果以“Tissue-specific responses of duckweed to cadmium stress under nanoplastic co-exposure: differential accumulation and toxicity in roots and fronds”(《纳米塑料共暴露下浮萍对镉胁迫的组织特异性响应：根与叶片中的差异性累积与毒性效应》)为题，发表在英国皇家化学会期刊 Environmental Science: Nano 上，并入选 Nanoplastics in the Environment 专题。

论文信息

Tissue-specific responses of duckweed to cadmium stress under nanoplastic co-exposure: differential accumulation and toxicity in roots and fronds
Zhihao Xue, Xinyi Liao, Jie Hou, Jiang Xu and Daohui Lin*（林道辉，浙江大学）
Environ. Sci.: Nano, 2025, 12, 4235-4246
https://doi.org/10.1039/D5EN00432B

作者简介

薛志浩

本文第一作者，浙江大学环境与资源学院博士研究生。主要研究方向为纳米塑料与环境污染物对植物的复合毒性效应，在 Environmental Science:Nano、Science of the Total Environment、NanoImpact 发表论文 3 篇，其中第一作者 1 篇。

林道辉

本文共同第一作者，浙江大学求是特聘教授，获国家杰出青年基金，入选国家“万人计划”等，任浙江大学环境过程研究所所长、浙江省有机污染过程与控制重点实验室主任、中国环境科学学会环境化学分会副主任委员，以及 Environ. Sci. Technol. 等 SCI 期刊编委。科研方向为环境化学，已在 Nat. Nanotechol.、PNAS、ACS Nano、Environ. Sci. Technol.等刊物发表 300 余篇学术论文，入选 Elsevier 高被引学者；主持国家重点研发计划项目、国家基金重大/重点项目/课题等多项国家级科研项目，获教育部自然科学一等奖。个人主页 https://person.zju.edu.cn/0098366/591999.html；联系邮箱：lindaohui@zju.edu.cn

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Environmental Science: Nano 全面报道具有环境用途的工程纳米材料的设计和应用研究，以及人工与天然纳米材料在生物和环境体系中的相互作用。发文范围包括但不限于：纳米材料在水、空气、土壤、食物和能源可持续性等领域的新应用；纳米材料在生物系统中的相互作用以及纳米毒理学研究；纳米尺度材料的环境宿命、反应性和转化；环境中的纳米尺度过程；可持续性纳米技术，包括纳米材料的合理设计、生命周期评价、风险／效益分析等。

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