微塑料作为典型新污染物受到广泛关注。随着塑料制品的大量使用及其在环境中的持续破碎和迁移，微塑料已广泛存在于土壤、水体和大气等环境介质中，并可进一步与植物发生相互作用。如何准确识别和追踪微塑料，微塑料如何进入并迁移于植物体内，不同植物材料为何表现出不同的积累能力，以及植物能否通过自身调控形成有效防御，已成为环境科学与植物科学交叉领域的重要科学问题。
近年来，山东农业大学植保学院烟草团队刘朋副教授牵头开展植物微塑料吸收、转运与适应性防御研究，并与杨龙教授、园艺科学与工程学院蔬菜团队史庆华教授及国内外合作团队持续开展合作，从检测与示踪、吸收与转运、基因型差异、结构防御到适应性预激逐步推进，形成了较为完整的研究链条。相关成果先后发表于 Science of the Total Environment、Industrial Crops and Products、Journal of Agricultural and Food Chemistry、Environmental Chemistry and Ecotoxicology、 Plant, Cell & Environment 等期刊。
一、从“看不见”到“看得清”：建立微塑料检测与示踪技术体系
微塑料研究首先面临的基础问题是如何实现准确识别、定量和追踪。团队围绕不同环境和生物样品中微塑料的检测需求，逐步建立了激光直接红外光谱（LDIR）识别、激光共聚焦显微成像、元素标记定量以及热裂解气相色谱—质谱（Py-GC/MS）等相互补充的检测与示踪技术体系，可从颗粒类型、空间分布和实际含量等不同层面对微塑料进行分析。相关成果发表于 Science of the Total Environment。系列技术的建立实现了微塑料研究从“能不能检测到”向“在哪里、积累多少、如何迁移”的拓展，为后续揭示微塑料与植物相互作用机制提供了技术支撑。
二、不同植物材料，为什么“吸得不一样”？
在分析技术基础上，团队进一步关注微塑料在植物体内的吸收、积累与转运。团队成员利用荧光可视化和元素标记定量相结合的方法，对多个番茄品种进行系统比较，发现不同基因型在微塑料的积累、向地上部转运以及耐受能力方面存在明显差异。
这一结果表明，植物对微塑料的吸收和积累并非完全由外部暴露条件决定，其自身遗传和生理特征同样发挥重要作用。相关成果发表于 Journal of Agricultural and Food Chemistry。
三、低积累的秘密：根系屏障发挥了什么作用？
基于前期发现，团队进一步选择高、低积累材料开展比较研究。结果发现，两种材料在尚未充分分化的根尖区域差异较小，而随着根组织逐渐发育，微塑料积累差异逐步扩大，并在根成熟区表现得最为明显。这一现象与根系质外体屏障相关的细胞壁重塑与微塑料积累差异密切相关，为筛选低微塑料积累植物材料提供了新的研究方向。相关成果发表于Plant, Cell & Environment。
在进一步研究植物如何应对微塑料胁迫的过程中，团队发现，植物能够通过调节激素信号和根系木质化等过程增强自身结构防御。其中，脱落酸（ABA）和乙烯之间的动态调控与根系木质素变化密切相关，表明植物可以通过调整细胞壁结构提高对微塑料胁迫的适应能力。相关成果发表于 Industrial Crops and Products。
在揭示植物主动防御机制的同时，团队同样关注微塑料如何对植物产生损伤。最新发表于Environmental Chemistry and Ecotoxicology的研究首次利用分子动力学模拟技术，动态还原了聚苯乙烯颗粒进入并破坏植物细胞膜结构的过程，揭示其对膜完整性的直接扰动作用。在此基础上，研究进一步建立了“膜结构受损—光合电子传递紊乱—活性氧过量积累—光合系统损伤—生长抑制”的连续毒性机制链条。值得注意的是，在微塑料积累水平相近的情况下，不同番茄材料仍表现出明显不同的耐受能力，表明光合氧化还原稳态和抗氧化调节能力是决定植物耐受性的重要因素。
在此基础上，团队进一步发现，植物的这种防御能力还可以被提前“激活”。低剂量微塑料预处理能够显著减轻随后高剂量胁迫造成的生长、光合和氧化损伤，表现出类似“疫苗样预激（vaccine-like priming）”的适应性现象。进一步研究表明，谷胱甘肽—抗坏血酸循环（GSH–AsA cycle）在这一过程中发挥重要作用，使植物能够更有效地维持活性氧稳态和细胞氧化还原平衡。这一系列研究表明，植物面对微塑料胁迫并非只是被动承受损伤，而是能够通过结构强化和适应性预激等方式主动提高抗性，拓展了对植物响应新污染物机制的认识。相关成果发表于 Journal of Agricultural and Food Chemistry。
下一步，团队将继续围绕微塑料进入植物体内的关键通道、根系和叶片屏障形成与调控、低积累植物材料筛选以及真实农业环境中的微塑料迁移和积累开展研究，进一步探索从“认识微塑料污染风险”向“调控植物微塑料吸收和积累”转变的可能路径，为新污染物背景下农业生态环境和农产品质量安全研究提供科学依据。
相关研究得到山东省现代农业产业技术体系等项目支持。研究过程中，团队与荷兰莱顿大学、美国康涅狄格农业试验站等国内外科研机构开展了合作。
编 辑：万 千
审 核：贾 波
