植物中微纳塑料多模态成像与定量方法学研究取得新进展

环境中的新污染物微纳塑料颗粒普遍存在，但如何测量他们在生命体中的存在、分布和效应一直是该领域面临的重要难题。攻克这一难题的关键在于建立能够解析微纳塑料生物吸收、体内分布与定量积累的可靠方法。近日，中国科学院南京土壤研究所研究员骆永明团队在植物中微纳塑料多模态成像与定量方法学方面取得新进展。相关论文以“Multimodal imaging and quantification of lanthanide chelate-labeled micro- and nanoplastics in plants”为题，已在线发表在Nature Protocols上。

微纳塑料是土壤环境中广泛存在的新污染物。进入农田土壤后，微纳塑料能否被作物吸收、通过何种通道进入植物体内、如何在根-茎-叶间迁移传输，最终是否以及有多少能够进入食物链，是土壤环境与农产品安全研究领域关注的前沿问题。围绕这一科学问题，团队前期通过荧光标记技术，阐明了亚微米和微米级塑料颗粒可通过侧根发生处的“裂隙进入模式”进入作物根系，并在蒸腾拉力驱动下向地上部传输的重要通道与机制（Nature Sustainability, 2020, 3: 929-937）；进一步发展了基于镧系稀土配合物双功能示踪的微纳塑料定量追踪方法，实现了作物体内亚微米塑料吸收与传输的高灵敏定量（Nature Nanotechnology, 2022, 17: 424-431）。正是在上述连续研究基础上，应Nature Protocols高级编辑Bronwen Dekker博士邀请，团队对植物中微纳塑料标记、成像、定位和定量分析方法进行了系统梳理、优化和标准化，凝练形成了系统的方法学流程。

植物组织结构复杂、自发荧光强，微纳塑料颗粒粒径小、含量低、背景干扰大。长期以来，植物体内微纳塑料研究面临“看不清、找不准、定量难、重复性差”等技术瓶颈。针对上述难题，研究团队建立了基于传统荧光标记和镧系稀土配合物标记的植物中微纳塑料多模态成像与定量分析标准方法流程。该方法学的突出创新在于实现了“多模态成像”与“绝对定量”的有机结合。时间门控发光成像可有效避开植物组织自发荧光干扰，清晰显示微纳塑料在植物根、茎、叶等组织中的空间分布；扫描电子显微成像可进一步提供颗粒形貌和组织定位证据；ICP-MS则通过测定稀土元素信号，将塑料颗粒的光学示踪转化为高灵敏元素定量，从而实现植物体内微纳塑料含量的准确换算。多种技术相互印证，显著提高了复杂植物基质中微纳塑料识别、定位和定量结果的可靠性。

Nature Protocols主要发表可供同行实验室重复使用的高影响力实验方法和标准化流程。此次应邀发表方法学论文，标志着团队在植物吸收微纳塑料机制、示踪技术和定量方法方面形成了从科学发现、技术突破到方法标准化的系统性成果。该方法可拓展应用于不同聚合物类型、不同粒径、不同植物种类等的水培、砂培和土壤暴露体系，可为深入阐明微纳塑料在土壤-植物系统中的吸收、传输、累积机制和生态健康风险提供可靠的方法学支撑。

南京土壤研究所涂晨副研究员为论文第一作者，骆永明研究员和青岛大学李连祯教授为共同通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金项目（42530717，42577027，41991335，22241602和42577461）以及土壤与农业可持续发展全国重点实验室自主部署重大项目（SKLSSA2502）的资助。

论文链接

镧系稀土配合物标记微纳塑料在植物中多模态成像与定量分析流程示意图