中国科学院生态环境研究中心/中国农业大学ACS Nano｜纳米塑料通过破坏豆科植物与根瘤菌的共生关系威胁着农田生态系统的可持续固氮

塑料污染对农业生态系统功能的潜在影响日益受到关注。本文研究团队以大豆和根瘤菌共生体系为研究对象，选择20 nm和200 nm的聚苯乙烯纳米塑料(PS NPs)作为模式污染物，通过构建单一和复合暴露体系，系统解析了不同粒径PS NPs对共生固氮系统的影响机制。研究发现，两种粒径的PS NPs均能被根瘤菌和大豆根瘤有效摄取，其中20 nm的小粒径纳米塑料对共生固氮表现出更强的毒性效应。在100 mg/kg暴露浓度下，20 nm PS NPs显著抑制根瘤形成，使根瘤数量和鲜重分别下降26.0%和50.4%；固氮酶活性下降51.3%；根瘤中豆血红蛋白含量降低64.9%，钼元素含量下降26.5%。机制分析表明，小粒径纳米塑料通过降低根瘤菌侵染效率、抑制结瘤和固氮相关基因表达、阻碍根瘤发育等多重途径，最终导致生物固氮能力下降。研究结果为评估农业生态系统中纳米塑料污染的风险提供了重要理论依据。