Мікро- та нанопластик уже давно перестали бути виключно проблемою океанів. Сьогодні дедалі більше досліджень свідчать: найдрібніші пластикові частинки здатні проникати в ґрунт, накопичуватися в рослинах і переміщуватися всередині їхніх тканин. Особливе занепокоєння викликає те, що ці процеси відбуваються в агроекосистемах — середовищі, від якого безпосередньо залежить продовольча безпека людства.
Незважаючи на стрімке зростання кількості досліджень, механізми поглинання та транспорту мікро- і нанопластику рослинами все ще залишаються недостатньо вивченими. Проте вже зараз наукові дані демонструють: рослини можуть не лише контактувати з пластиковими частинками, а й транспортувати їх від коренів до листя через власну судинну систему.
Раніше вважалося, що рослини не здатні поглинати мікро- та нанопластик через великі розміри частинок і щільні клітинні стінки, багаті на целюлозу. Однак нові дослідження спростували це припущення.
Було встановлено, що рослини можуть переносити нанопластик із ґрунту до листя через кореневу систему, а ключову роль у цьому процесі відіграють судинні тканини рослин.
Наприклад, наногранули полістиролу розміром 50 нм проникали в цитоплазму та накопичувалися в клітинах торф’яного моху. Подібні результати отримані й для Allium cepa, де нанопластик накопичувався у вакуолях та цитоплазмі клітин епідермісу кореня.
Науковці пояснюють це тим, що надзвичайно малі розміри наночастинок дозволяють їм долати клітинні мембрани та проникати всередину тканин.
Одним із ключових механізмів перенесення мікро- та нанопластику в рослинах вважається транспіраційний тяг.
Під час транспірації вода рухається від коренів до листя через ксилему, створюючи градієнт водного потенціалу. Саме цей потік, як припускають дослідники, здатний переносити пластикові частинки всередині рослини.
Дослідження показали, що пшениця (Triticum aestivum) та салат (Lactuca sativa) можуть поглинати наночастинки полістиролу, після чого вони проникають у стелу кореня та переміщуються до надземної частини.
За даними Li та співавторів, пластикові частинки проходять через епідермальну тканину коренів пшениці, далі — через перицикл до ксилеми, після чого транспортуються вгору по центральному циліндру рослини.
Конфокальна мікроскопія підтвердила, що сигнали люмінесценції пластику концентрувалися переважно у судинній системі стебла. Це стало одним із перших прямих доказів вертикального перенесення мікро- та нанопластику в рослинах.
Дослідники виділяють два основні механізми переміщення пластикових частинок у коренях рослин.
Симпластичний шлях дозволяє дуже дрібним частинкам проникати безпосередньо в клітини кореня та потрапляти в ксилему.
Апопластичний шлях, навпаки, є основним каналом для транспорту частинок більшого діаметра через міжклітинний простір.
Саме розмір частинок визначає, яким шляхом вони будуть рухатися всередині рослини та наскільки глибоко зможуть проникнути.
Пшениця є однією з найважливіших зернових культур світу та основним джерелом харчування для понад половини населення планети. Саме тому вона стала ключовою моделлю для дослідження впливу полістирольного нанопластику.
Систематичне дослідження впливу наночастинок полістиролу (PSNP) на пшеницю показало несподівані результати.
Попри те, що PSNP практично не впливали на швидкість проростання насіння, вони значно збільшували подовження коренів — на 88,6–122,6 % порівняно з контрольними рослинами.
Також після впливу нанопластику спостерігалося збільшення вмісту вуглецю, азоту та загальної біомаси рослин.
Однак одночасно з цим змінювалося співвідношення між надземною та підземною частинами рослини, а накопичення мікроелементів — заліза, марганцю, міді та цинку — помітно знижувалося.
Одним із найбільш тривожних відкриттів стало те, що нанопластик здатний змінювати метаболічні профілі рослин.
Метаболомний аналіз показав, що всі концентрації PSNP впливали на енергетичний та амінокислотний обмін у листках пшениці.
Це означає, що навіть за відсутності видимих пошкоджень нанопластик може втручатися у фундаментальні біохімічні процеси рослини.
Такі зміни потенційно здатні впливати на продуктивність культур, їхню стійкість до стресу та харчову цінність урожаю.
Сучасні дослідження свідчать, що рівень забруднення суші мікропластиком може бути у 4–23 рази вищим, ніж в океані.
Одним із головних джерел забруднення є станції очищення стічних вод. Понад 90 % мікропластику, що потрапляє у стічні води, затримується в осадах, які згодом часто використовуються як добрива на сільськогосподарських полях.
Разом із такими біосумішами у ґрунт потрапляють волокна синтетичного одягу, пластикові гранули із засобів особистої гігієни та інші мікрочастинки.
За оцінками дослідників, щороку на сільськогосподарські угіддя Європи потрапляє від 63 000 до 430 000 тонн мікропластику, у Північній Америці — від 44 000 до 300 000 тонн, а в агроекосистемах Австралії — до 19 000 тонн щорічно.
У південно-західному Китаї концентрація мікропластику в орних ґрунтах сягала 42 960 частинок на кілограм ґрунту.
Коренева система — не єдиний шлях проникнення пластику в рослини.
Нещодавні дослідження показали, що наночастинки можуть проникати через продихи листя.
Було встановлено, що наночастинки полістиролу здатні прикріплюватися до продихів, проникати через флоему та переміщуватися від листя до коренів.
Таким чином, судинна система рослин може працювати в обох напрямках, перетворюючи рослину на своєрідний канал транспортування нанопластику.
Більшість експериментів проводиться у лабораторних умовах, а реальні процеси в природних агроекосистемах можуть бути значно складнішими.
Проте вже зараз зрозуміло, що мікро- та нанопластик здатні не лише змінювати властивості ґрунту, а й проникати всередину рослинних тканин, впливати на метаболізм, транспорт поживних речовин та фізіологію культурних рослин.
І саме це робить пластикове забруднення не просто екологічною проблемою, а потенційним фактором ризику для всієї глобальної продовольчої системи.
Джерело: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S030438941931574223005030%3Fshowall%3Dtrue
