微塑料和纳塑料以及相关化学物质对人类健康和环境构成了新兴威胁，因此，该问题近年来引起了广泛关注。以往的研究主要集中在纳米/微米塑料（NMP）污染对个别物种或群落的影响上，然而对于农业生态系统和粮食安全而言，纳米/微米塑料对生物多样性相关的生态系统服务的影响更为重要。传粉服务和生物防治等生态系统服务对全球粮食生产起着至关重要的作用，而这些服务受纳米/微米塑料的影响尚未得到充分认识。
为了填补这一研究空白，西湖大学的Thomas Wanger团队受邀在《Nature Communications》期刊上发表了一篇综述论文，通过系统评价对已知和潜在的纳米/微米塑料的暴露途径进行了量化，并研究了其对昆虫传粉者和生物防治媒介的直接和间接影响（参见图1）。该论文重点关注了纳米/微米塑料污染对个体、农场和景观层面的直接和间接影响，并提出了未来研究的议程，以避免纳米/微米塑料污染对全球粮食生产造成严重但尚未被认识到的威胁。
为了更好地了解纳米/微米塑料对生物传粉和生物防治的影响，需要进一步扩大研究范围。首先，我们需要深入了解纳米/微米塑料在农田中的分布和转移途径，揭示其进入生物体内并对其功能产生影响的机制。其次，需要研究纳米/微米塑料对传粉昆虫和生物防治媒介行为、生理和生态效应的影响机制。此外，还应评估纳米/微米塑料对传粉服务和生物防治的整体影响，包括其对作物产量、质量和农业生态系统稳定性的影响。
通过深入研究纳米/微米塑料对农业生态系统和粮食安全的影响，我们可以更好地了解其潜在威胁，并制定相应的政策和管理策略，以减少纳米/微米塑料的污染，保护农业生态系统的稳定性和可持续发展。这项研究为未来的政策制定和科学研究提供了重要的指导。
图1：纳米/微米塑料暴露途径以及在不同层次上对传粉媒介、害虫和害虫防治媒介的直接和间接影响。已知或有证据支持的途径和影响用实线箭头表示，预期的途径和影响用虚线箭头表示。这些途径和影响的相对重要性可能会因纳米/微米塑料类型和特征（例如大小和形状）而异。
证据表明，像蜜蜂这样的传粉者已经直接暴露在纳米/微米塑料污染中。在农业景观中，纳米/微米塑料颗粒与寻找食物的传粉者直接接触，并可能被带回巢穴，暴露给幼虫。类似的暴露途径也可能对害虫和生物防治媒介产生影响。
摄入纳米/微米塑料可能对个体产生多种亚致死效应，包括基因表达的改变、器官损伤（尤其是消化系统和呼吸系统的损伤）以及昆虫行为模式的改变。在农场和景观层面上，纳米/微米塑料可能与其他威胁因素（如病原体）相互作用，进一步损害传粉者和生物防治媒介。在高浓度污染区域，纳米/微米塑料还可能通过影响花卉资源的生长和分布，以及改变植物-土壤系统的特性来间接影响传粉者、害虫和防治媒介。由于不同物种对纳米/微米塑料的反应存在差异，不断恶化的纳米/微米塑料污染可能威胁到未来作物种类和品种的选择，给全球粮食安全带来不确定性。
本文强调了关注农业多样性如何调节纳米/微米塑料污染对传粉服务和生物防治服务的影响的重要性，以确保长期维持农作物产量和粮食安全。未来的研究应集中于开发和改进适用于实验室、半田间和田间研究的方法，以了解纳米/微米塑料对生物多样性相关生态系统服务（如传粉和生物防治）的跨尺度影响。这对于评估农业生态系统和粮食安全的未来风险至关重要。我们需要采取措施来减少纳米/微米塑料的污染，并确保农业生态系统的健康和可持续发展。
可持续农业与技术实验室负责人 Thomas C. Wanger副教授为通讯作者，浙江大学-西湖大学联合培养博士生盛东和复旦大学-西湖大学联合培养博士生景思源为本文共同第一作者。西交利物浦大学助理教授何雪清（Thomas实验室出站博后）对本文做出巨大贡献。西湖大学为本文第一通讯单位。感谢西湖基金会对本工作的支持。
Thomas课题组发表的塑料污染相关论文：
（#共同第一作者；*通讯作者；本组成员加下划线）
1. Sheng, D.#, Jing, S.#; He, X.; Klein, A.-M.; Köhler, H.-R.; Wanger, T. C.* Plastic pollution in agricultural landscapes: an overlooked threat to pollination, biocontrol and food security. Nat Commun 2024, 15, 8413.
2. Jing, S.#, *; Wang, Y.#; Zheng, J.; Li, X.; Chen, Y.; Wu, M.; Liu, W.; Wanger, T. C.* Size-Classifiable Quantification of Nanoplastic by Rate Zonal Centrifugation Coupled with Pyrolysis-Gas Chromatography-Mass Spectrometry. Analytica Chimica Acta 2024, 1314, 342752.
3. Chen, Y.#; Jing, S.#; Wang, Y.; Song, Z.; Xie, L.; Shang, X.; Fu, H.; Yang, X.; Wang, H.; Wu, M.; Chen, Y.; Li, Q.; Zhang, Y.; Wang, W.; Zhang, L.; Wang, R.; Fang, M.; Zhang, Y.; Li, W.; Zhao, D.; Li, C.; Rudich, Y.; Wang, L.; Zhang, R.; Liu, W.; Wanger, T. C.*; Yu, S. *; Chen, J. * Quantification and Characterization of Fine Plastic Particles as Considerable Components in Atmospheric Fine Particles. Environ. Sci. Technol. 2024, 58 (10), 4691–4703. (Journal Cover)
4. Jing, S.*; Huang, Y.; Chen, Y.; He, X.; Chen, Z.; Lu, X.; Wu, M.; Wanger, T. C.* Non-Destructive Extraction and Separation of Nano- and Microplastics from Environmental Samples by Density Gradient Ultracentrifugation. Anal. Chem. 2022, 94 (44), 15280–15287.
▲走进Thomas Cherico Wanger实验室
实验室简介
西湖大学可持续性、农业与技术实验室（实验室主页：www.tomcwanger.com）致力于研究生物多样性、农业经济与政策、农业可持续与全球变化、粮食安全、污染物监测与生态毒理，尤其是从人工智能、工程机械、数学模型、社会调研、环境化学等多角度探究可持续农业发展路线。西湖大学工学院副教授Thomas C. Wanger近年来在Nature、Science、PNAS、Nature Food、Nature Communications等学科主流期刊上发表60余篇学术论文，Google Scholar引用超11,000次。
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来 源 | Thomas Wanger实验室
撰 稿 | 景思源、盛东
编 辑 | 彭玥
审 核 | 苏凌菲
西湖大学工学院面向国家战略性新兴产业发展重大需求，着力建设交叉学科与新兴学科为特色的工程技术学科群，努力建成国家重大科学技术研究和拔尖创新人才培养的重要基地。西湖大学工学院以学术领军人才为学科带头人构建科研团队，分阶段、分领域打造一流人才队伍。
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