När oro växer bland miljövänner och konsumenter om mikro- och nanoplast i haven och i skaldjur, de studeras alltmer i marina miljöer, säger Baoshan Xing vid University of Massachusetts Amherst och kollegor i Kina. Men "lite är känt om beteendet hos nanoplaster i terrestra miljöer, särskilt jordbruksjordar, " lägger de till.

Xing, en miljöforskare vid UMass Amhersts Stockbridge School of Agriculture, och medarbetare vid Shandong University, Kina, påpeka att fram till nu, det hade inte funnits några direkta bevis för att nanoplast internaliseras av landväxter.

De säger, "Våra resultat ger direkta bevis för att nanoplast kan ackumuleras i växter, beroende på deras ytladdning. Växtansamling av nanoplast kan ha både direkta ekologiska effekter och konsekvenser för jordbrukets hållbarhet och livsmedelssäkerhet. "Både positivt och negativt laddade nanoplaster ackumuleras i den vanliga laboratoriemodellanläggningen, Arabidopsis thaliana.

Xing tillägger att utbredd global användning och uthållighet i miljön resulterar i en "enorm" mängd plastavfall. Han säger, "Våra experiment har gett oss bevis på nanoplasts upptag och ackumulering i växter i laboratoriet på vävnads- och molekylnivå med hjälp av mikroskopiska, molekylära och genetiska tillvägagångssätt. Vi har visat detta från rot till skott. "Detaljer finns Naturens nanoteknik Denna vecka.

Xing påpekar att nanoplastpartiklar kan vara så små som ett protein eller ett virus. Väder och nedbrytning förändrar plastens fysikaliska och kemiska egenskaper och ger ytladdningar, så miljöpartiklar skiljer sig från den orörda polystyrennanoplast som ofta används i labbet. "Det är därför vi syntetiserade polystyrennanoplaster med antingen positiva eller negativa ytladdningar för användning i våra experiment."

Han hjälpte till att utforma studien, tolka resultaten, utvärdera och revidera manuskriptet medan ett stort team vid Shandong University ledd av Xian-Zheng Yuan och Shu-Guang Wang genomförde experimenten.

De odlade Arabidopsis-växter i jord blandad med olika laddade, fluorescerande märkta nanoplaster för att bedöma växtvikter, höjd, klorofyllinnehåll och rottillväxt. Efter sju veckor, de observerade att växtbiomassa och höjd var lägre i växter exponerade för nanoplast än i kontroller, till exempel.

"Nanoplast minskade den totala biomassan av modellväxter, " Xing tillägger. "De var mindre och rötterna var mycket kortare. Om du minskar biomassan, det är inte bra för växten, avkastningen är nere och grödornas näringsvärde kan äventyras."

Han lägger till, "Vi fann att de positivt laddade partiklarna inte togs upp så mycket, men de är mer skadliga för växten. Vi vet inte exakt varför, men det är troligt att de positivt laddade nanoplasterna interagerar mer med vatten, näringsämnen och rötter, och utlöste olika uppsättningar av genuttryck. Det måste utforskas ytterligare i växter i miljön. Tills dess, vi vet inte hur det kan påverka skörden och säkerheten för livsmedelsgrödor."

Teamet analyserade också plantor för att undersöka rötternas känslighet för laddad nanoplast. Exponerad i 10 dagar, planttillväxt hämmades jämfört med kontrollplantor. För att identifiera molekylära mekanismer som är ansvariga, forskarna använde RNA-Seq transkriptomiska analyser av rötter och skott, verifierade sedan resultat med en kvantitativ PCR-analys på tre rotgener och fyra skottgener.

"Oavsett ytladdning, Arabidopsis kan ta upp och transportera nanoplaster med storlekar mindre än 200 nm, " skriver de. Vidare, "I den här studien, Vi visar främst att vägen för upptag och transport av nanoplaster i rotvävnader skilde sig åt mellan differentiellt laddade nanoplaster."