在日益严峻的环境污染挑战中，微塑料（MPs）与纳米塑料（NPs）作为新污染物，已广泛分布于自然环境中，威胁着陆地生态系统健康。环境中的NPs质量较低，难以精确检测，其环境风险评估一直面临技术瓶颈。东北地理所环境生态学科组研究团队通过优化提取程序和仪器的热裂解温度，成功开发出一种基于热裂解气相色谱质谱（Py-GC/MS）鉴定和定量植物中纳米塑料的方法，有效解决了这一问题[1]。该方法具有高度灵敏、操作简便的优点，并且避免了金属标记元素对植物的干扰。已成功将该方法应用于生菜对纳米塑料吸收情况的量化研究。

图1 热裂解气相色谱质谱（Py-GC/MS）鉴定和定量植物中的纳米塑料

在建立分析方法的基础上，该团队对比并揭示了NPs和工程纳米颗粒物（ENPs）对生菜的差异作用机制[2]。研究发现，暴露于NPs和ENPs的生菜中，氧化铜（CuO）ENPs引起的生菜膜损伤最为严重，根系通过上调半乳糖代谢和改变亚油酸代谢对CuO做出响应，而暴露于NPs的根系通过调节氨基酸、辅因子和维生素代谢应对NPs胁迫。这些代谢途径的改变进一步调节了CuO和NPs对根际微生物的不利影响。

图2 纳米塑料和工程纳米颗粒物对生菜的差异作用机制

此外，该团队进一步评估了NPs在食物链中的传递风险，首次基于质量浓度量化了NPs在生菜-蜗牛食物链中的营养转移[3]。结果发现，NPs的暴露浓度影响其在生物体内的营养转移和生物分布，对直接暴露的生菜和间接暴露的蜗牛产生了不同程度的影响。

图3 基于质量浓度量化了NPs在生菜-蜗牛食物链中的营养转移

针对寒冷地区特有的冻融（FT）循环现象，该研究团队进一步探索了FT老化后的MPs对土壤酶活性和微生物群落结构的影响[4]。研究结果表明，FT老化后的MPs表面形貌和疏水性改变，结晶度降低。小粒径的MPs抑制了土壤脲酶的活性，而大粒径的MPs提高了土壤脲酶活性。FT老化的MPs显著改变了土壤微生物的群落结构，增加了细菌群落共现网络的复杂性。FT老化后的MPs还会影响遗传信息和细胞过程，并破坏次级代谢产物的生物合成。

图4 冻融老化的MPs对土壤酶和微生物群落组成的影响

与此同时，该团队还揭示了FT老化的MPs对蚯蚓的毒性作用机制[5]。结果发现，FT老化的聚丙烯（PP）MPs比原始PP-MPs对蚯蚓造成更严重的氧化应激和膜损伤。FT老化的MPs会导致蚯蚓肠道菌群失衡并富集具有塑料降解能力的微生物属。与原始的聚乙烯（PE）MPs和PP-MPs相比，FT老化的PE-MPs通过上调脂质和类脂分子来影响膜转运，而FT老化的PP-MPs通过下调有机杂环化合物来改变外源物质的生物降解和代谢。

图5 冻融老化MPs对蚯蚓的毒性作用机制

这些研究成果不仅丰富了MPs环境行为学的理论体系，也为制定有效的MPs污染防控策略提供了科学依据。相关研究成果分别发表于国际期刊Talanta、Science of the Total Environment、Journal of Hazardous Materials。由特别研究助理李艳君（第一作者）、于泳研究员（通讯作者）、徐光辉特别研究助理等人共同完成。研究得到了国家自然科学基金（U23A6001,42377282,42307045）的资助。

论文信息：

1. Li Y.J.,Lin X.L.,Wang J.,Xu G.H.,Yu Y.*,Quantification of nanoplastics uptake and transport in lettuce by pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry [J]. Talanta,2023,265: 124837. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2023.124837

2. Li Y.J.,Lin X.L.,Xu G.H.,Yan Q.L.,Yu Y.*,Toxic effects and mechanisms of engineered nanoparticles and nanoplastics on lettuce (Lactuca sativa L.) [J]. Science of the Total Environment,2024,908: 168421. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168421

3. Li Y.J.,Lin X.L.,Wang J.,Xu G.H.,Yu Y.*,Mass-based trophic transfer of polystyrene nanoplastics in the lettuce-snail food chain [J]. Science of the Total Environment,2023,897: 165383. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.165383

4. Li Y.J.,Xu G.H.,Yu Y.*,Freeze-thaw aged polyethylene and polypropylene microplastics alter enzyme activity and microbial community composition in soil [J]. Journal of Hazardous Materials. 2024,470: 134249. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134249

5. Li Y.J.,Xu G.H.,Wang J.,Yu Y.*,Freeze-thaw aging increases the toxicity of microplastics to earthworms and enriches pollutant-degrading microbial genera [J]. Journal of Hazardous Materials,2024,479: 135651. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135651