Айыл чарба топурактарында микропластиктер барган сайын көбүрөөк көңүл бурулган булгоочу топко айланып жатат. Пластик жабуулар, компост, саркынды суу менен сугаруу, атмосфералык ташылуу жана айыл чарба пластиктеринин майдаланышы сыяктуу жолдор менен топуракка кирген микропластиктер өсүмдүктөрдүн тамыр аймагына таасир этиши мүмкүн.

Бул preprint изилдөө үч башка микропластик түрүнүн — PVC, PE жана PS — сарымсакка тийгизген таасирин изилдейт. Изилдөөчүлөр сарымсакты 1000 mg/kg микропластик камтыган көзөмөлдөнгөн идиш чөйрөсүндө өстүрүп, ага ар башка дозада натрий силикатын кошушкан. Максат — микропластиктин түрү сарымсактын өсүшүнө, тамыр өнүгүшүнө, пиязча сапатына, тамыр метаболизмине жана ризосфера микробиомуна ар башка таасир береби же жокпу, ошону түшүнүү.

Табылгалар микропластиктин үч түрү тең сарымсак пиязчасынын жаңы массасын азайтканын көрсөтөт. Бирок таасир бирдей эмес: PVC, PE жана PS тамыр узундугунда, тамыр активдүүлүгүндө, сапат компоненттеринде, ген экспрессиясында, метаболит профилинде жана микробдук коомчулукта ар башка үлгүлөрдү жаратат. Натрий силикаты айрым шарттарда тамыр активдүүлүгү же пиязча массасы сыяктуу белгилерди жакшырта алган; бирок ар бир полимерде жана ар бир дозада оң жыйынтык берген эмес.

Изилдөөнүн негизги билдирүүсү мындай: топурактагы микропластиктерди бир эле булгоочу катары кароо жаңылыштырышы мүмкүн. Кайсы пластик түрү бар экени өсүмдүктүн кандай жооп берерин олуттуу өзгөртүшү мүмкүн.

Көйгөй эмнеде?

Микропластиктер узак убакыт бою көбүнчө деңиздер жана суу экосистемалары менен байланышта талкууланып келген. Бирок айыл чарба топурактары да микропластик топтолгон маанилүү аймак болушу мүмкүн. Пластик мульчалар, сугаруу системалары, компост колдонуу, тазалоо ылайы, айыл чарба таңгак калдыктары жана майдаланган пластик буюмдар убакыт өтүшү менен топуракка майда пластик бөлүкчөлөрүн калтырышы мүмкүн.

Топуракка кирген микропластиктер жөн гана физикалык бөтөн зат эмес. Алар топурактын көңдөйлөрүн, суу кармоо жөндөмүн, тамырлардын топурак менен байланышын, азык элементтеринин кыймылын жана микробдук жашоо чөйрөлөрүн өзгөртүшү мүмкүн. Бул өсүмдүктүн өсүшүнө кыйыр таасир бериши мүмкүн.

Сарымсак бул жагынан кызыктуу өсүмдүк. Анткени анын жегенге жарамдуу бөлүгү топурактын астында өнүккөн пиязча. Демек, тамыр аймагындагы физикалык, химиялык жана биологиялык өзгөрүүлөр түздөн-түз түшүмдүн өнүгүшү жана сапат белгилери менен байланыштуу болушу мүмкүн.

Изилдөөнүн негизги суроосу мындай:

PVC, PE жана PS микропластиктери сарымсакта бирдей таасир көрсөтөбү же ар бир полимер өсүмдүктүн тамыр аймагында, метаболизминде жана микробиомунда ар башка из калтырабы?

Экинчи маанилүү суроо да мындай:

Натрий силикаты микропластик стрессин азайта алабы же анын таасири полимердин түрүнө жана дозага жараша өзгөргөн шарттуу жөнгө салуучубу?

Ыкма эмнени сунуштайт?

Изилдөө көзөмөлдөнгөн идиш тажрыйбасы катары түзүлгөн. Колдонулган өсүмдүк материалы “Cangshan garlic” деп аталган сарымсак сорту. Изилдөөчүлөр топурак, кокос буласы жана торф аралашмасынан турган өстүрүү чөйрөсүн даярдап, негизги жер семирткичти беришкен.

Үч микропластик түрү сыналган:

• PVC: Поливинилхлорид
• PE: Полиэтилен
• PS: Полистирол

Ар бир микропластик түрү 1000 mg/kg деңгээлде колдонулган. Мындан тышкары натрий силикаты төрт деңгээлде сыналган:

• 0 mg/kg
• 500 mg/kg
• 1000 mg/kg
• 3000 mg/kg

Контролдук топто микропластик да, натрий силикаты да жок.

Изилдөөчүлөр сарымсакты бир гана бою, жалбырагы же пиязча массасы менен баалашкан эмес. Көп катмарлуу анализ жүргүзүлгөн:

• Өркүн өсүшү жана жалпы биомасса
• Тамыр узундугу, тамыр учтарынын саны, тамыр бутактануусу жана тамыр активдүүлүгү
• Пиязчанын жаңы массасы жана сапат компоненттери
• Аллицин, эркин аминокислоталар, аскорбин кислотасы, эрүүчү белок жана эрүүчү кант
• Тамыр бетин сканерлөөчү электрондук микроскоп менен изилдөө
• Тамыр транскриптому, башкача айтканда ген экспрессиясынын профили
• Тамыр метаболому, башкача айтканда майда молекула/метаболит профили
• Ризосфера метагеному, башкача айтканда тамыр айланасындагы микробдук коомчулуктун түзүлүшү

Бул көп тараптуу ыкма микропластиктин таасирин бир гана “өсүмдүк өстүбү же өскөн жокпу?” деген деңгээлде эмес, тамыр метаболизми, стресс жообу жана тамыр айланасындагы микробиом деңгээлинде түшүнүүгө аракет кылат.

Формулалар эмнени түшүндүрөт?

Бул изилдөө татаал математикалык формулаларга эмес, көп катмарлуу биологиялык өлчөөлөргө жана омикалык маалыматтарды талдоого негизделген.

Бул жерде эң маанилүү логика — ар башка маалымат катмарларын бирге окуу.

Транскриптомдук анализ, кайсы гендер көбүрөөк же азыраак экспрессияланарын көрсөтөт. Мисалы, микропластик стрессинде өсүмдүк клетка дубалы, антиоксиданттык коргонуу же гормон сигналдары менен байланышкан гендерди көбүрөөк активдештириши мүмкүн.

Метаболомдук анализ, тамырда кайсы майда молекулалар көбөйгөнүн же азайганын көрсөтөт. Канттар, аминокислоталар, фенолдук кошулмалар, май кислоталарынын туундулары жана антиоксидант метаболиттер өсүмдүк стресс маалында кантип кайра программаланганын көрсөтүшү мүмкүн.

Метагеномдук анализ, тамыр айланасындагы микробдук коомчулук кайсы топторго жылганын көрсөтөт. Тамыр аймагындагы микробдор азык айлануусу, стресске чыдамдуулук жана өсүмдүк-микроб өз ара аракеттенүүсү жагынан маанилүү.

Бул үч маалымат катмары бирге окулганда төмөнкү суроону берүүгө болот:

Өсүмдүктүн сырткы көрүнүшүндө байкалган өзгөрүү тамырдагы ген активдүүлүгү, метаболит профили жана микробдук коомчулуктун өзгөрүшү менен шайкешпи?

Изилдөөдө өзгөчө төмөнкү жолдор белгиленет:

• Фенилпропаноид биосинтези
• Глутатион метаболизми
• Липид метаболизми
• Көмүрсуу метаболизми
• Аминокислота метаболизми

Булар өсүмдүктүн клетка дубалын жөнгө салуу, кычкылдануу стрессинин тең салмагы, мембрана түзүлүшү, энергияны пайдалануу жана көмүртек-азот тең салмагы менен байланышкан негизги биологиялык жолдор.

График / Таблица / Схеманын негизги билдирүүсү

Макаладагы сүрөттөрдүн негизги билдирүүсүн төмөнкүдөй жыйынтыктоого болот:

Биринчи сүрөттөр тобу ар башка микропластик жана натрий силикаты дозаларында сарымсактын өркүндөрүнүн өнүгүшүн көрсөтөт. Негизги билдирүү мындай: өсүмдүктөрдүн көрүнүшү, бою, жалбырак белгилери жана жалпы биомассасы микропластиктин бар-жогуна гана эмес, полимердин түрүнө жана натрий силикатынын дозасына жараша өзгөрөт. Айрым комбинацияларда өсүү колдоого алынган, айрымдарында төмөндөө байкалган.

Тамыр архитектурасынын сүрөтү микропластиктер тамыр системасына ар башка багытта таасир бере аларын көрсөтөт. PS микропластиги өзүнчө жалпы тамыр узундугун көбөйткөндөй көрүнгөнү менен, PE жана PS тамыр активдүүлүгүн азайткан. Бул маанилүү айырма: узунураак тамыр дайыма эле ден соолугураак же активдүүрөөк тамыр дегенди билдирбейт. Тамыр узарышы мүмкүн, бирок метаболикалык функциясы төмөндөшү мүмкүн.

SEM сүрөттөрү айрым иштетүү топторунда тамыр бетинде оройлук, тегиз эмес беттер же ткандардын чектеринде бузулууга окшош визуалдык өзгөрүүлөр бар экенин көрсөтөт. Бирок макала бул жерде этият: бул сүрөттөр химиялык курамдын далили эмес. Башкача айтканда, көрүнгөн бөлүкчөлүү түзүлүштөр түздөн-түз натрий силикатынын топтолушу же микропластиктин жабышуусу деп так айтууга болбойт.

Пиязча сапатынын графиктери PVC, PE жана PS контролдук топко салыштырмалуу пиязчанын жаңы массасын азайтканын көрсөтөт. Эң айкын төмөндөө PS тобунда көрүнөт. Натрий силикаты айрым топтордо пиязча массасын көбөйткөн; мисалы, PE500 жана айрым PS дозалары жогору маанилерди көрсөткөн. Бирок бул таасир бардык дозаларда бирдей эмес.

Аллицин жана сапат компоненттеринин графиктери микропластик жана натрий силикаты түшүмдүүлүктү гана эмес, сапат көрсөткүчтөрүн да өзгөртө аларын көрсөтөт. Аллицин айрым натрий силикаты комбинацияларында көбөйгөн. Эркин аминокислоталар, аскорбин кислотасы, эрүүчү белок жана эрүүчү кант сыяктуу көрсөткүчтөр болсо полимер-доза комбинациясына жараша ар башка багытта өзгөргөн.

Транскриптомдук сүрөттөр PVC, PE жана PS тамырда ар башка санда ген экспрессиясынын өзгөрүшүн жаратканын көрсөтөт. PVC жана PS кеңири ген экспрессиялык өзгөрүүлөрдү жараткан, PE болсо чектелүү транскриптомдук жооп берген. Бул өсүмдүк ар бир микропластик түрүн бирдей биологиялык стресс катары кабыл албай турганын көрсөтөт.

Метаболомдук сүрөттөр PE жана PS PVCге караганда көбүрөөк ар башка метаболиттерди жаратканын көрсөтөт. Бул ген деңгээлинде эң күчтүү жооп берген полимер менен метаболит деңгээлинде эң күчтүү жооп берген полимер дайыма эле бирдей болбошу мүмкүн экенин көрсөтөт.

Микробиом сүрөттөрү ризосферадагы үстөм бактерия филумдары жалпысынан окшош калганын, бирок урук деңгээлинде айрым топтор иштетүүгө жараша айырмаланганын көрсөтөт. Демек, микропластиктер бүт микробдук экосистеманы толугу менен өзгөртпөсө да, тамыр айланасындагы айрым маанилүү микроб топторунун үлүшүн өзгөртүшү мүмкүн.

Тажрыйбалар кантип жүргүзүлгөн?

Тажрыйба Кытайдагы Shandong Agricultural University аймагында жүргүзүлгөн. Сарымсактар пластик идиштерде өстүрүлүп, отургузуудан мурда өстүрүү чөйрөсүнө микропластиктер менен натрий силикаты аралаштырылган.

Жалпысынан 13 иштетүү тобу бар:

• Контроль
• PVC
• PVC500
• PVC1000
• PVC3000
• PE
• PE500
• PE1000
• PE3000
• PS
• PS500
• PS1000
• PS3000

Ар бир топто үч биологиялык кайталоо колдонулуп, ар бир идиште 10 сарымсак өсүмдүгү өстүрүлгөн.

Өлчөөлөр эки негизги мезгилде жүргүзүлгөн. Биринчиси — пиязчанын кеңейүү мезгили, экинчиси — түшүм жыйноо мезгили. Пиязча кеңейүү мезгилинде тамыр, жалбырак жана ризосфера үлгүлөрү алынган. Түшүм жыйноодо болсо пиязча массасы жана сапат белгилери өлчөнгөн.

Тамыр архитектурасы сканер жана WinRHIZO программасы менен бааланган. Тамыр активдүүлүгү TTC ыкмасы менен өлчөнгөн. Антиоксидант ферменттер жана MDA сыяктуу стресс көрсөткүчтөрү спектрофотометриялык ыкмалар менен аныкталган.

Транскриптомдук анализ үчүн тамыр RNAсы секвенирленген; метаболомдук анализ үчүн тамыр үлгүлөрү UPLC-MS/MS менен изилденген; ризосфера микробиому үчүн метагеномдук секвенирлөө жүргүзүлгөн.

Омикалык анализдер бардык 13 топто эмес, өкүлчүлүгү жогору тандалган топтордо жүргүзүлгөн: контроль, PVC, PVC1000, PE, PE1000, PS жана PS1000.

Жыйынтыктар эмнени көрсөтөт?

Изилдөөнүн биринчи маанилүү жыйынтыгы — микропластиктер сарымсак пиязчасынын жаңы массасын азайткан. PVC, PE жана PS микропластиктери контролдук топко салыштырмалуу пиязчанын жаңы массасын тиешелүүлүгүнө жараша болжол менен %8,9, %18,8 жана %22,1ге азайткан. Бул үч полимер жалпы түшүм басымын жаратканын көрсөтөт.

Экинчи жыйынтык — тамыр жообу полимерге көз каранды. PS микропластиги жалпы тамыр узундугун көбөйткөн. Бирок PE жана PS тамыр активдүүлүгүн олуттуу азайткан. Ошондуктан тамыр узундугун жалгыз оң көрсөткүч катары кароого болбойт. Тамырдын физикалык узарышы менен метаболикалык жактан активдүү иштеши эки башка нерсе.

Үчүнчү жыйынтык — натрий силикаты шарттуу таасир көрсөтөт. PE1000 жалпы тамыр узундугунда эң жогорку маанини берген. PE1000 жана PS1000 тамыр активдүүлүгүн көбөйткөн. Бирок айрым PVC жана жогорку дозалуу иштетүүлөрдө таасир алсыз же терс болгон. Ошондуктан натрий силикатын “ар кандай микропластик стрессин оңдойт” деп түшүндүрүүгө болбойт.

Төртүнчү жыйынтык пиязча сапатына байланыштуу. Микропластик гана берилген топтордо пиязча массасы азайган, ал эми натрий силикаты айрым комбинацияларда пиязча массасын же аллицин сыяктуу сапат көрсөткүчтөрүн көбөйткөн. Бирок эркин аминокислоталар, аскорбин кислотасы, белок жана кант сыяктуу белгилерде жооптор татаал. Бир гана сапат көрсөткүчүнө карап жалпы сапат тууралуу жыйынтык чыгаруу туура эмес.

Бешинчи жыйынтык — тамыр деңгээлиндеги ген экспрессиясы күчтүү өзгөргөн. Контролдук топ менен PVC, PE жана PS ортосунда миңдеген гендердин экспрессия деңгээли өзгөргөн. PVC жана PS PEге караганда көбүрөөк ген экспрессиялык өзгөрүүлөрдү жараткан. Бул микропластик түрүнө жараша өсүмдүктүн стресс жообу генетикалык деңгээлде айырмаланарын көрсөтөт.

Алтынчы жыйынтык — метаболит деңгээлинде PE жана PS күчтүүрөөк өзгөрүүлөрдү жараткан. PE жана PS жүздөгөн ар башка метаболиттердин көбөйүшүнө же азайышына алып келген. Бул метаболиттер өзгөчө көмүрсуу, аминокислота, липид жана антиоксидант метаболизми менен байланыштуу.

Жетинчи жыйынтык — фенилпропаноид биосинтези кайра-кайра алдыга чыккан. Бул жол клетка дубалынын бекемделиши, фенолдук кошулмалар, лигнин прекурсорлору жана антиоксиданттык коргонуу менен байланыштуу. Микропластик стрессинде сарымсак тамырлары клетка дубалын жана кычкылдануу тең салмагын кайра жөнгө салууга аракет кылышы мүмкүн.

Сегизинчи жыйынтык — ризосфера микробиому урук деңгээлинде өзгөргөн. Үстөм бактерия филумдары жалпысынан окшош калган, бирок айрым бактерия урук-топтору иштетүү топторуна жараша айырмаланган. Бул микропластик стресси өсүмдүктүн ичинде гана эмес, тамыр айланасындагы микробдук тармакта да из калтырганын көрсөтөт.

Бул эмне үчүн маанилүү?

Бул изилдөө микропластик булганышы айыл чарба өсүмдүктөрүндө бир өлчөмдүү көйгөй эмес экенин көрсөтөт. Микропластиктер “топуракта пластик бар” деген деңгээлде гана каралса, тобокелдиктин маанилүү бөлүгү көз жаздымда калышы мүмкүн.

Анткени ар башка полимерлер ар башка жүрүм-турум көрсөтүшү мүмкүн. PVC, PE жана PS тыгыздык, беттик химия, гидрофобдуулук, эскирүү жүрүм-туруму жана топурак-тамыр-микроб өз ара аракеттенүүсү жагынан бирдей эмес. Ошондуктан алардын өсүмдүккө таасири да бирдей болууга тийиш эмес.

Сарымсак сыяктуу жер астында жегенге жарамдуу орган түзгөн өсүмдүктөрдө тамыр аймагы өзгөчө маанилүү. Тамырдын архитектурасы, активдүүлүгү, айланасындагы микроорганизмдер жана пиязчага барган көмүртек-азык агымы бирге өсүмдүктүн түшүмдүүлүгүн аныктайт.

Изилдөөнүн Verianla окурманы үчүн эң маанилүү билдирүүсү мындай:

Микропластик тобокелдигин түшүнүү үчүн өсүмдүктүн боюна же жалпы массасына гана кароо жетишсиз. Тамыр кантип кайра программаланганын, кайсы метаболикалык жолдор өзгөргөнүн жана ризосфера микробиому кандай жылганын да көрүү керек.

Бул ыкма келечекте азык-түлүк өсүмдүктөрүндө микропластик тобокелдигин баалоо көбүрөөк полимерге багытталууга тийиш экенин көрсөтөт.

Көңүл буруучу жагдайлар

Бул макала рецензиядан өтпөгөн preprint. Табылгалар илимий баалоо процессинен кийин өзгөрүшү мүмкүн.

Изилдөө бир гана сарымсак сорту менен жүргүзүлгөн. Ар башка сарымсак сорттору же башка тамыр/пиязча өсүмдүктөрү ар башка жооп бериши мүмкүн.

Микропластик дозасы бир гана деңгээлде: 1000 mg/kg. Реалдуу талаа шартында микропластик деңгээли, бөлүкчө өлчөмү, эскирүү абалы, формасы жана аралашмасы алда канча өзгөрмө болушу мүмкүн.

Тажрыйба идиш шартында жүргүзүлгөн. Талаа шартында жаан-чачын, сугаруу, температура, топурак биологиясы, микропластиктин эскириши жана өсүмдүк-микроб өз ара аракеттенүүсү татаалыраак.

Натрий силикатынын таасири дайыма эле оң эмес. Айрым иштетүүлөрдө тамыр узундугу, тамыр активдүүлүгү же пиязча массасы көбөйгөнү менен, айрым комбинацияларда таасир алсыз же терс. Ошондуктан натрий силикаты жалпы микропластик чечими катары сунушталбашы керек.

SEM сүрөттөрү тамыр бетиндеги морфологиялык өзгөрүүлөрдү көрсөтөт; бирок көрүнгөн түзүлүштөрдүн химиялык курамын так далилдебейт. Ошондуктан бул сүрөттөрдү “коргоочу силикат катмары түзүлдү” деп түшүндүрүүгө болбойт.

Омикалык анализдер тандалган жети иштетүү тобунда жүргүзүлгөн; бардык 13 комбинация омикалык деңгээлде изилденген эмес.

Корреляциялык анализдер себеп-натыйжа байланышын түзбөйт. Бир метаболит менен микроб уругу же сапат белгиси бирге өзгөрүшү мүмкүн, бирок бул түздөн-түз бири экинчисине себеп болду дегенди билдирбейт.

Жыйынтык

Бул preprint изилдөө айыл чарба топурактарындагы микропластиктер сарымсакта полимердин түрүнө көз каранды таасирлерди жаратарын көрсөтөт. PVC, PE жана PS микропластиктери пиязчанын жаңы массасын азайткан, бирок тамыр архитектурасына, тамыр активдүүлүгүнө, пиязча сапат белгилерине, тамыр ген экспрессиясына, метаболит профилине жана ризосфера микробиомуна бирдей таасир берген эмес.

Натрий силикаты айрым шарттарда сарымсактын жоопторун жөнгө салып, тамыр активдүүлүгү же пиязча массасы сыяктуу айрым белгилерди жакшырта алган. Бирок бул таасир полимердин түрүнө, дозага жана өлчөнгөн белги боюнча өзгөрөт. Ошондуктан натрий силикаты микропластик стрессине каршы универсалдуу жакшыртуучу каражат эмес, белгилүү шарттарда натыйжалуу болушу мүмкүн болгон жөнгө салуучу катары каралышы керек.

Изилдөөнүн эң күчтүү билдирүүсү мындай: топурактагы микропластик тобокелдигин “пластик барбы?” деген суроо менен эмес, “кайсы полимер бар, ал тамыр аймагында эмне кылууда, өсүмдүктүн метаболизмин жана микробиомун кантип өзгөртүүдө?” деген суроолор менен түшүнүүгө болот.

Булак жана ыкма жөнүндө эскертүү

Бул жазуу “Polymer-specific toxicity of soil microplastics to garlic (Allium sativum L.): Multi-omics insights into root metabolic reprogramming, rhizosphere microbiome shifts, and sodium silicate modulation” аттуу рецензиядан өтпөгөн preprint изилдөөнүн жөнөкөйлөштүрүлгөн түркчө түшүндүрмөсү. Текст сөзмө-сөз котормо эмес; макаладагы максат, ыкма, графиктердин негизги билдирүүсү, омикалык анализдер, жыйынтыктар жана чектөөлөр Verianla окурманы үчүн өз алдынча кайра баяндалган.

Изилдөө Cangshan сарымсагына, PVC/PE/PS микропластиктерине, натрий силикатынын ар башка дозаларына, көзөмөлдөнгөн идиш тажрыйбасына, тамыр архитектурасына, пиязча сапатына, SEM аркылуу тамыр бетин байкоого, транскриптомдук, метаболомдук жана ризосфера метагеномдук анализдерине негизделет. Табылгалар реалдуу талаа шартына түздөн-түз колдонуу сунушу эмес; алар микропластиктин түрүнө көз каранды өсүмдүк-тамыр-микроб жоопторун түшүнүүгө багытталган көзөмөлдөнгөн изилдөө катары бааланышы керек.