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8700 LDIR紅外成像研究成果分享 | 吸附在樹葉上的微塑料自動(dòng)定性定量測試以及對(duì)葉際細(xì)菌群落的影響
近日,，北京大學(xué)黃藝教授課題組在“Journal of Hazardous Materials”上發(fā)表了題為“Microplastics in the atmosphere: Adsorb on leaves and their effects on the phyllosphere bacterial community”的研究論文，由徐力波博士研究生作為第一作者完成,。
全球范圍內(nèi)塑料的生產(chǎn)和使用導(dǎo)致水,、土壤和大氣中存在大量微塑料（MPs，直徑 5 毫米的塑料碎片），從而造成各種環(huán)境和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),。最近，大氣中 MPs 的問題受到了廣泛關(guān)注，研究報(bào)告了它們?cè)谑澜绺鞯氐拇嬖?，甚至在高海拔山區(qū)和極地地區(qū)。大氣 MPs 的廣泛分布受到全球塑料循環(huán)大氣階段風(fēng)輸送的強(qiáng)烈影響,。然而,，大多數(shù)大氣 MPs 的命運(yùn)是在風(fēng)運(yùn)輸過程中沉積在大氣和其他環(huán)境組分之間的界面上或被攔截,。作為大氣環(huán)境和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間最廣泛的邊界，葉際被認(rèn)為是大氣 MPs 的重要匯，估計(jì)總面積超過 109 km2,。葉際包括植物的所有空中成分，通常用來指葉表面的微環(huán)境,，因?yàn)樵谥参锏目罩谐煞种?，葉表面面積最大，對(duì)大氣顆粒物（PM,，包括 MPs）的捕獲率最高。據(jù) Huang et al. 估算,，城市森林冠層對(duì)大氣 MPs 的攔截率約為 16.3%,，即每年 1259 items m−2 或 347.69 kg 的 MPs,。Liu 等人發(fā)現(xiàn)，無論何種植物,，葉子都可以不加選擇地保留大氣中的 MPs,，并估計(jì)在葉面積排名前 11 位的綠色國家中，大約有 0.13 萬億個(gè) MPs 附著在葉子上,。最近的另一項(xiàng)調(diào)查顯示,，洛杉磯的葉片上 MPs 濃度為 0.14-25.0 MPs items cm-2，與之前的研究相比,，這是一個(gè)出乎意料的高豐度結(jié)果,。
盡管之前的研究報(bào)告了幾個(gè)大城市葉片上 MPs 的豐度，但這些研究依賴于視覺識(shí)別方法,，可能低估了 MPs 的實(shí)際數(shù)量,。隨著當(dāng)前技術(shù)的進(jìn)步， LDIR 自動(dòng)化和高通量檢測方法已被廣泛用于環(huán)境 MPs 檢測,，并被認(rèn)為是一種可靠的方法,。此外，該方法同時(shí)提供了 MPs 的化合物組成,、大小和形態(tài)參數(shù)的信息,，從而可以全面評(píng)估大氣 MPs 在葉片上的分布特征。這一點(diǎn)尤其重要,，因?yàn)獒槍?duì)土壤和水生環(huán)境的研究表明,，MPs 的基質(zhì)特性會(huì)對(duì)微生物群落產(chǎn)生不同的影響。
結(jié)果表明,，基于自動(dòng)定量和可識(shí)別的方法,，北京地區(qū)大氣 MPs 在葉片上吸附的豐度為 3.62±1.29 items cm−2，高于傳統(tǒng)目測方法的豐度,。這些 MPs 的直徑主要小于 80 μm,，主要由 PA,、PE 和橡膠組成,。最常見的形狀是碎片，而直徑大于 100 μm 的 MPs 中以纖維為主,。吸附在葉片上的 MPs 可能會(huì)影響葉際細(xì)菌群落,，吸附污染物和 MPs 浸出添加劑的生態(tài)毒性可能是葉際細(xì)菌群落的環(huán)境和遺傳信息處理相關(guān)功能與 MPs 豐度呈顯著負(fù)相關(guān)的原因,。生物氣溶膠的吸收和塑料球的形成可以解釋葉際細(xì)菌群落的 α 多樣性和人體健康相關(guān)功能與 MPs 豐度和大小呈正相關(guān)關(guān)系,，而葉際細(xì)菌群落的β多樣性與 MPs 豐度和大小呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。此外,，鞘單胞菌在葉層圈的積累可能在大 MPs 對(duì)葉際細(xì)菌群落致敏的潛在促進(jìn)中起關(guān)鍵作用,。
專家介紹
北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,，博士生導(dǎo)師,。主要從事微生物生態(tài)學(xué)和環(huán)境修復(fù)生物技術(shù)的研究和教學(xué)工作。先后主持了國家重大專項(xiàng),、環(huán)保部公益項(xiàng)目,、國家自然科學(xué)基金和科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等國家項(xiàng)目，以及聯(lián)合國環(huán)境署（UN environment）和 ITTO 等國際重要合作項(xiàng)目 20 多項(xiàng),。在國內(nèi)外具有重要影響力的雜志發(fā)表相關(guān)科研論文 100 余篇。近期主要研究項(xiàng)目為科技部的 3 個(gè)重點(diǎn)專項(xiàng)課題,，“半干旱滴取土地穩(wěn)定的微生物機(jī)制”,，“青藏高原根際微生物特征與植物關(guān)系”,，以及“農(nóng)田土壤零塑料污染—微塑料對(duì)農(nóng)田土壤微生物的影響”。與此同時(shí),，作為聯(lián)合國環(huán)境署旗艦項(xiàng)目《全球環(huán)境展望》的高級(jí)咨詢委員會(huì)聯(lián)合主席,、全球生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能科學(xué)-政策政府間平臺(tái)（IPBES）的多學(xué)科委員會(huì)委員（MEP-2015-2018），參與全球生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估和環(huán)境保護(hù)的科學(xué)指導(dǎo)和平臺(tái)管理,；作為國家生態(tài)環(huán)境部的核心專家,，長期參與生態(tài)環(huán)境相關(guān)國際公約的談判和國家履約行動(dòng)的技術(shù)支持工作。
北京大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 2020 級(jí)博士研究生,，研究方向?yàn)榇髿馕⑺芰蟼鬏斶^程及其對(duì)下墊面微生態(tài)的影響,。
用戶反饋
為了探究大氣微塑料的分布情況和環(huán)境命運(yùn)，我們采用了 8700 LDIR 激光紅外成像儀對(duì)大氣降塵和植物葉片上的微塑料進(jìn)行上機(jī)檢測,。該儀器配備了專門為微塑料研究而建立的數(shù)據(jù)庫,，準(zhǔn)確度極高，自動(dòng)化流程大大減少了人工操作和時(shí)間成本,，能夠快速獲取有關(guān)微塑料尺寸,、形狀和聚合物類型等多項(xiàng)參數(shù)。
通過使用 8700 LDIR 激光紅外成像技術(shù),，我們的研究發(fā)現(xiàn)了大量尺寸在 10-50 微米之間的微小微塑料顆粒,，共涵蓋了 26 種不同的聚合物類型。這些發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的人工目視檢查結(jié)果,，極大地提升了我們對(duì)大氣微塑料和其在葉片上截留特征的了解,，為更有效地管理大氣微塑料問題提供了有力的數(shù)據(jù)支持。
8700 LDIR 紅外成像降塵中微塑料快速定性及定量測試解決方案
8700 LDIR 紅外成像光譜儀采用量子級(jí)聯(lián)激光器作為光源,，搭配安捷倫開發(fā)的高度智能化 Clarity 軟件,，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)微塑料顆粒識(shí)別、圖像采集,、紅外譜圖測試,、尺寸信息以及定性結(jié)果統(tǒng)計(jì)等。與此同時(shí),，還可獲得每個(gè)顆粒的形態(tài)分析數(shù)據(jù),，可用于顆粒的形狀篩分及溯源工作。如下圖所示,，大氣降塵樣品中微塑料的粒徑具有豐度高,，粒徑尺度基本低于 120 um 等特性，常規(guī)傳統(tǒng)紅外顯微儀器很難實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測試,。而 8700 LDIR 紅外成像高精度的顆粒識(shí)別方法,，可將大于 6 um 以上的顆粒全部自動(dòng)識(shí)別并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測試。測試全程由軟件自動(dòng)控制,，最大限度的消除了人為誤差的影響,，為實(shí)驗(yàn)室間進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比提供了更多可行性,。
