环境中的纳米塑料由于具有比表面积大、表面极性低、容易吸附积累其他污染物等特点而被广泛关注。水生环境中纳米塑料和砷的共同污染对水生植物的生长造成了严重威胁，但对水生植物产生影响的分子毒性机制尚不清晰。基于此，武汉植物园水生植物与水生态系统健康研究团队开展了纳米塑料与类金属砷对沉水植物毒性效应的作用机制的研究，取得进展如下：
水生植物与水生态系统健康学科组博士研究生汤娜在邢伟研究员的指导下，研究了大型沉水植物密刺苦草应对纳米塑料和砷单一及联合暴露下的生理学、转录组学、代谢组学反应和细胞器变化。结果表明，纳米塑料和砷暴露改变了密刺苦草的叶绿素、可溶性糖、可溶性蛋白质、丙二醛含量和抗氧化酶活性等生理性状。纳米塑料的增加使类金属砷在植物组织中的分布相较对照增加了36.2 ~ 47.2%，可见纳米塑料的存在加重了砷对植物的复合污染。转录组学分析揭示了密刺苦草应对纳米塑料和砷胁迫下基因和酶表达水平的变化。并进一步对生理指标和差异表达基因进行加权基因共表达网络分析，整合得到涉及不同生理指标变化的关键酶相关的应激响应候选基因模块，这些基因模块包括核酮糖-二磷酸羧化酶、丙氨酸转氨酶、天冬氨酸转氨酶、磷酸果糖激酶-1和苯丙氨酸解氨酶等。代谢组学分析鉴定了密刺苦草应对纳米塑料和砷共暴露下碳水化合物、氨基酸、有机酸和脂肪酸等代谢物水平的变化。转录组学和代谢组学联合分析表明，光合系统、能量转换和氧化抗氧化系统的变化是密刺苦草应对纳米塑料和砷共暴露条件下的主要防御反应机制。本研究的多组学分析为水生植物对纳米塑料和砷联合毒性的耐受机制提供了新的分子见解，突出了受污染水生生态系统中缓解胁迫和生物监测的潜在目标。
研究成果以“Drilling into the physiology, transcriptomics, and metabolomics to enhance insight on Vallisneria denseserrulata responses to nanoplastics and metalloid co-stress”为题在国际学术期刊Journal of Cleaner Production上发表。本研究得到了国家自然科学基金(32170375, 32170390, 42307102)、中国科学院中非联合研究中心（SAJRC202102）、湖北省自然科学基金(2022CFB583)和武汉市知识创新专项项目-曙光计划 (2023020201020295)的联合支持。
图1 纳米塑料与类金属砷对沉水植物毒性效应的作用机制图
