共同第一作者：阮伟峰、彭雁琴通讯作者：杨扬研究员、邰义萍副研究员通讯单位：暨南大学生态系/南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）成果简介近日，暨南大学生命科学技术学院生态学系杨扬研究团队在生态环境领域期刊《Ecological Indicators》上发表了题为“A vegetation strategy to balance the hazardous level of microplastics in the land–sea interface through rhizosphere remediation”的综述。文章探讨了微塑料（MPs）污染对植物的影响及其修复潜力，尤其是水生植物在去除MPs方面的应用。尽管当前研究多集中在陆地植物的食品安全性上，水生植物，特别是在陆海交界区域的研究相对较少。通过文献计量分析，本研究揭示了水生植物根系对MPs的捕捉潜力，并评估了MPs对水生植物根际和叶际微生物过程的影响，为未来水生植物在MPs修复中的应用提供了理论依据和研究方向。引言微塑料（MPs）作为一种新兴的环境污染物，已成为全球性问题，对生态系统和人类健康构成威胁。植物作为一种天然的修复工具，能够有效地吸附和去除土壤中的MPs，然而，目前关于水生植物特别是陆海交界区域水生植物在MPs修复方面的研究相对较少。为了填补这一研究空白，本研究通过Web of Science（WoS）数据分析，探讨了MPs与植物之间的相互作用，尤其关注水生植物在去除MPs方面的潜力。研究结果表明，水生植物通过其根系能够有效捕捉水中的MPs，并限制其向陆地的迁移。特别是在沿海湿地和河口地区，水生植物如芦苇（Phragmites communis）、芦竹（Arundo donax）和黑麦草（Spartina alterniflora）等，已证明能在污染环境中发挥重要的修复作用。本研究为未来在污染环境中利用水生植物进行MPs修复提供了科学依据，并指出了未来的研究方向，同时如何探寻水生植物的修复机制。内容导读科学计量分析、研究进展和研究热点本研究对2017至2023年间关于MPs与植物关系的文献进行了科学计量分析。共筛选出139篇相关研究，发现自2017年以来，MPs与植物研究的发布量呈指数增长，2023年实际发布124篇，超过了预期，显示该领域成为研究热点。中国在该领域的研究最为活跃，且与其他国家合作密切。分析表明，中国科学院、清华大学等机构在此领域处于领先地位，且中国学者在发表数量和引用次数上占主导地位。尽管如此，部分研究质量有待提升，国际影响力尚需加强。图1表明主要研究国家集中在环境科学与生态学、植物科学等领域，探索MPs与植物的相互作用及其修复潜力。图1：2017年至2023年间，各国关于MPs与植物相互作用的文献数量，以及主要研究领域和作者。红色高亮的国家代表文献数量排名前10的国家。
本研究通过CiteSpace时间轴图分析了2017至2023年间MPs与植物相互作用的研究进展（见图2A）。关键词聚类结果显示，聚类#0（氧化应激）、#1（植物毒性）和#2（种子萌发）主要探讨MPs对植物的毒性影响，尤其是对水生植物在不同环境暴露条件下的生长、发芽和酶活性等方面的影响。聚类#3（复合污染）和#4（阻留）聚焦于植物对MPs及复合污染的响应，特别是MPs的去除特性，包括吸附、降解等机制。聚类#5（代谢组学）评估了MPs对植物生理、生化反应及细胞机制的影响。 关键词演变分为两个阶段（见图2B）。2017年，研究关注“废水处理初期”和“纳米塑料”；2018至2021年，关键词如“海洋环境”、“复合污染协同效应”逐渐成为研究热点，关注水生植物在海洋和淡水环境中对MPs的吸附和去除作用。2022年以来，MPs与植物的研究逐步系统化，重点评估了MPs对植物的多层次影响，包括水生植物的种子萌发、光合作用、生长发育等，并提出了MPs修复的可能性，关键词如“去除”、“生物累积”和“微生物群落”成为研究重点。图2. (A) 时间轴共现关键词的网络鱼眼图和 (B) 2017至2023年Web of Science文章关键词的时间区间视图（由CiteSpace生成）。每个节点的同心圆表示该节点的时间演变。
根际或叶际对MPs的影响植物暴露于污染物时，“根际效应”是一个重要过程，包括根际泌氧、根际分泌物和根表铁膜。根表铁膜可以充当“屏障”，减少污染物的进入。MPs和复合污染物会抑制根际氧气释放，但根际对MPs分布影响的研究仍较少。MPs也会吸附在红树林植物的气生根上。根际微生物群落在植物修复中起着重要作用，MPs的存在会改变微生物的多样性、活性和功能，如影响养分循环。研究表明，MPs的类型和数量会影响根际微生物群落的结构，并提高微生物的一般代谢活性，甚至有研究发现聚苯乙烯可作为根际微生物的碳源。叶际微生物有利于植物生长和抗性，能减少有害物质的浓度并降解或转化化学物质。在沉水植物中，生物膜容易在叶片表面形成，叶际微生物与MPs相互作用，增加微生物丰度但不改变群落结构。在水生植物中，关于 MPs 和复合污染对根际和叶际微生物群落的影响的结果仍然存在争议，需要进一步研究来阐明其影响和相关机制。MPs和植物互作研究的限制与挑战由于MPs污染问题的复杂性，目前植物修复MPs的研究以及更广泛的MPs研究领域面临一系列挑战。采样特异性的差异、样品代表性的局限性以及环境的特殊性制约了MPs污染研究的准确性和可靠性，导致研究数据的可比性存在很大的限制。目前，对于MPs的定性和定量研究方法尚未有效统一，且每种技术通常需要繁琐的预处理流程、先进的仪器设备和专业人员，不同的分析技术各有优缺点。现有关于植物与MPs相互作用的研究方法主要基于MPs的丰度、特征和毒性统计数据，缺乏对植物在实际环境中吸收和代谢MPs的检测，植物修复过程受到长期不确定性、数据标准化缺失和定量方法不一致的限制。MPs的实际来源广泛且具有复杂的环境行为，缺乏完整的塑料产品生命周期监测系统，这也造成了植物修复MPs研究的空白。近年来，随着人工智能（AI）的快速发展，许多研究者尝试将机器学习（ML）、深度学习（DL）等技术应用于MPs污染研究，并取得了一定进展。这些研究表明，将机器学习技术与MPs研究中的传统方法结合，可以大大提高我们对MPs污染带来的新型环境问题的理解和应对能力。MPs和植物互作研究的未来研究方向水生植物在MPs修复中的应用仍处于研究阶段，目前这一技术在MPs污染治理中的应用远不如其他污染物广泛。为促进基于水生植物的MPs修复方法，提出以下建议：1.MPs的环境分布和行为逐渐从单一的海洋和陆地环境扩展到复杂的陆海交界区。沿海区域被认为是MPs的重要“汇”，潮汐带的植物种类丰富且多样，具有重要的科学价值，用于评估陆海交界区MPs的拦截通量和潜在的生态修复能力。因此，未来的研究应集中于潮汐带的植物的系统调查，特别是以独特的根系占据热带、亚热带海岸的红树林，其独特的根系对MPs分布、老化过程和降解机制的影响，提供了有效防治和修复MPs污染的科学依据。2.MPs在水生植物中的吸附、吸收、运输和转化为纳米级MPs的途径和机制尚不明确。目前，定性分析较少，未来的研究应增加定量数据，评估水生植物修复MPs污染的潜力。结合物理模型和数学模型（如水动力学模型和机器学习模型）可能有助于揭示水生植物中MPs的吸收、运输和转化机制。3.现有的植物根系对MPs的影响研究主要集中在陆海交界区沉积物中MPs的垂直或水平分布。根际和叶际对MPs的降解研究较少，且是一个重要的研究课题。应研究不同淹水和盐度条件下，根际微生物对MPs降解的动力学和效率，并探索微生物的活性和降解潜力。应利用宏基因组和宏转录组等先进技术工具，精准确定水生植物根际和叶际中MPs降解相关微生物种类、基因序列及相关酶功能，为整治MPs污染提供技术支持。4.目前水生环境中塑料污染的监测数据主要通过数值模拟和现场采样实验方法获得，如微傅里叶变换红外光谱仪（μ-FTIR）、傅里叶变换衰减全反射红外光谱仪（ATR-FTIR）、μ-Raman显微镜、能量色散光谱仪和扫描电子显微镜等。然而，遥感平台开始用于有效检测海滩垃圾和漂浮塑料的分布。尽管水生环境中通过遥感检测塑料废弃物仍处于发展阶段，近期的研究已利用塑料聚合物在红外区域的光学特性来识别缠绕在水葫芦中的塑料。光学显微技术作为一种出色的成像方法，能够提供快速、无损且非侵入性的检测，定量和定性分析微小颗粒。目前，一些研究者正在使用集成偏振成像和数字全息技术的成像系统，直接识别水生环境中植物幼根中的自然MPs。这些技术有效地为MPs污染评估、源头识别和长期监测提供了有效工具。作者简介通讯作者：杨扬，暨南大学生命科学技术学院生态学系二级岗教授，国务院特殊津贴专家，博士生导师，兼任热带亚热带水生态工程教育部工程研究中心主任，广东省国际科技合作示范基地负责人，中国环境科学学会环境生物学分会副主任委员，广东省环境保护基金会生态环境保护博士团团长，国家重大水专项专家，曾获国家科技进步三等奖1项、省部级科技进步奖6项。在国家水专项、“十二五”科技支撑计划、国家自然科学基金、广东省应用型科技研发专项、广东省重点研发计划、中捷例会交流项目、广东省国际科技合作基地等项目支持下，开展点源与面源污染控制生态工程研究，已系统开展小试、中试、实际人工湿地工程中抗生素、抗性基因、内分泌干扰物、微囊藻毒素、农药、酸性药物、全氟化合物、消毒副产物、MPs等100多种新污染物的去除效果评估、去除机制、工艺优化等研究，获国家专利30多件，在中外著名学术期刊发表论文100余篇，出版专著3部。通讯邮箱：yangyang@jnu.edu.cn通讯作者：邰义萍，暨南大学生态学系副研究员，硕士生导师，热带亚热带水生态工程教育部工程研究中心副主任，广州市珠江科技新星人才，主要从事植物修复技术的理论与工程应用研究。主持国家、省部级自然科学基金10项。获省部级、市级科技进步奖3项，发表中英文论文30余篇，申请及授权发明专利12项。通讯邮箱：tyntytyp@jnu.edu.cn共同第一作者：阮伟峰，暨南大学生态学系博士研究生，研究方向为新污染物的水生态修复。以第一作者在Water Research，Science of the Total Environment等期刊发表SCI论文4篇。联系邮箱：rwf1995@163.com 共同第一作者：彭雁琴，暨南大学生态学系硕士研究生，研究方向为新污染物的植物生态修复。联系邮箱：Pengyq9810@163.com 文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2024.112876投稿：暨南大学生命科学技术学院生态学系杨扬研究团队。关注“新污染物监测与分析”公众号，获取更多最新文献推送与科研资讯声明：本文仅供科研交流使用，文中所有观点均来源于已发布的论文，如有侵权或重大问题请通过后台与编辑联系。欢迎高校、科研单位以及监测同行的朋友们投稿！邮箱6514064@zju.edu.cn。感谢您的点赞、转发、在看，您的鼓励是我们更新的动力！添加编辑微信 xwrw1234 加入读者交流群，与大咖在线交流
