Нанопластик проник в корни резуховидки и замедлил ее рост

В результате нарушается экспрессия генов, связанных с защитой от активных форм кислорода и реакцией на стресс, меняется морфология кончика корня и уменьшается масса всего растения. Статья опубликована в журнале Nature Nanotechnology.

Нанопластик нашли уже во всех уровнях водных пищевых цепей, однако встречается он и в почве — туда частицы попадают со сточными водами, ереработанными удобрениями и в результате эрозии пластиковых защитных сооружений. Неясно, могут ли наземные растения поглощать нанопластик, хотя известно, что другие наноматериалы (например, металлы и оксиды) могут накапливаться в корнях.

Ученые из Китая и США под руководством Баошань Сина (Baoshan Xing) из Массачусетского университета в Амхерсте синтезировали наночастицы полистирола (это один из наиболее распространенных видов пластика в почве), заряженные положительно или отрицательно. Нанопластик диаметром 55-71 нанометров смешали с почвой или твердой питательной средой и вырастили в них резуховидку Таля (Arabidopsis thaliana).

Через семь недель роста в почве с обоими типами частиц масса надземной части резуховидок была вполовину меньше, стебли короче, а содержание хлорофилла ниже, чем у контрольных растений (p < 0,05). В питательной среде с нанопластиком рост был замедлен (p < 0,05). В обоих случаях эффект положительно заряженных частиц был значительнее, чем отрицательно.

Чтобы понять, какие изменения нанопластик запускает на молекулярном уровне, авторы провели секвенирование РНК растений, которые вырастили в питательной среде с частицами полистирола. В целом, положительно заряженные частицы изменили работу большего числа генов. Ослаблена была экспрессия генов, связанных с защитой от активных форм кислорода, реакцией на стресс и устойчивостью к заболеваниям. Как следствие, в кончиках корней накапливались активные формы кислорода и была нарушена морфология: клетки внешнего слоя корневого чехлика отваливались, форма эпителиальных клеток кончика корня была изменена, а зона всасывания набухла. Кроме того, апикальная меристема при росте в почве с нанопластиком была короче (p < 0,05), как и клетки зоны всасывания (p < 0,01) — это могло нарушить транспорт воды в надземную часть растения и снизить эффективность всасывания минеральных веществ.

Наконец, ученые проверили, может ли растение поглощать и транспортировать нанопластик — для этого частицы полистирола размером около 200 нанометров пометили флуоресцентным красителем. Большая часть красителя обнаружили на поверхности корня и корневых волосках, кроме того, метки проникли в центральный цилиндр зоны всасывания; поглощение положительно заряженных частиц было более слабым, чем отрицательных. Вероятно, растение всасывает нанопластик через корневые волоски, а затем частицы проникают в проводящую зону по апопласту.

Остается неясным, могут ли наночастицы меньшего, чем 200 нанометров, размера, проникать по проводящей системе в побег растений. Тем не менее, исследование показало, что растения могут поглощать пластик, — а значит, он может передаваться дальше по пищевым цепочкам. А вызванное нанопластиком уменьшение биомассы растений может повлиять на сельское хозяйство.