环境化学与环境毒理全国重点实验室谭志强团队在纳塑料（NPs）污染对大豆根瘤菌共生固氮影响机制研究方面取得新进展。相关研究成果以“Nanoplastics Pollution Threatens Sustainable Nitrogen Fixation in Agroecosystems by Disrupting Legume-Rhizobium Symbiosis”为题，发表于ACS Nano上。
近年来，NPs污染对农业生态系统功能的潜在威胁日益引发关注。已有研究表明，NPs可影响植物生长及土壤微生物群落结构，然而NPs能否进入大豆根瘤组织并进一步影响豆科植物-根瘤菌共生固氮过程，尤其是不同粒径NPs复合暴露下的效应，仍缺乏系统性认识。
针对上述科学问题，该团队以大豆（Glycine max）和根瘤菌共生体系为研究对象，选择20 nm和200 nm两种典型粒径的聚苯乙烯（PS）NPs，分别构建单一与复合暴露体系，系统解析了不同粒径PS NPs对根瘤菌及共生固氮系统的影响机制。
研究发现，两种粒径的PS NPs均能被根瘤菌细胞和大豆根瘤有效吸收，并在根瘤菌内呈现明显的协同摄取现象，其中20 nm 小粒径PS NPs对共生固氮表现出更强的毒性效应。在100 mg/kg暴露浓度下，20 nm PS NPs单一暴露导致根瘤数量减少26.0%，根瘤鲜重下降50.4%，固氮酶活性降低51.3%。即便将其与200 nm PS NPs复合暴露，固氮酶活性仍下降28.6%，表明小尺寸NPs的毒性效应在复合暴露中有所缓解，但固氮功能的损伤难以完全恢复。进一步研究表明，20 nm PS NPs处理使根瘤中豆血红蛋白含量降低64.9%，关键辅因子钼元素减少26.5%，固氮关键组分合成和营养供应受到严重限制。同时，根瘤菌侵染效率下降，结瘤和固氮相关基因表达被显著抑制，植物生物量和养分积累也同步降低，植物-微生物互惠共生关系受损，最终影响生物固氮能力与农业生态系统氮循环功能。
该研究构建了“NPs累积–根瘤菌侵染受阻–根瘤发育受损–共生固氮衰退”的多尺度作用框架，系统揭示了不同粒径PS NPs对豆科植物–根瘤菌共生固氮的粒径效应及其分子机制，为农业生态系统中纳塑料污染风险评估提供了重要理论依据。
中国农业大学联合培养博士生王全龙为论文第一作者，中国科学院生态环境研究中心谭志强研究员、中国农业大学芮玉奎教授、美国麻省大学邢宝山教授为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院先导专项及环境化学与环境毒理全国重点实验室提升原始创新能力平台项目等的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.6c03667
环境化学与环境毒理全国重点实验室
2026年7月7日