3
當前位置：安捷倫科技（中國）有限公司>>技術文章>>8700 LDIR紅外成像研究成果分享 | 吸附在樹葉上的微塑料自動定性定量測試以及對葉際細菌群落的影響
8700 LDIR紅外成像研究成果分享 | 吸附在樹葉上的微塑料自動定性定量測試以及對葉際細菌群落的影響
近日，北京大學黃藝教授課題組在“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。
全球范圍內塑料的生產和使用導致水、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)風險。最近，大氣中 MPs 的問題受到了廣泛關注，研究報告了它們在世界各地的存在，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)大氣階段風輸送的強烈影響。然而，大多數大氣 MPs 的命運是在風運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，葉際被認為是大氣 MPs 的重要匯，估計總面積超過 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，因為在植物的空中成分中，葉表面面積最大，對大氣顆粒物（PM，包括 MPs）的捕獲率最高。據 Huang et al. 估算，城市森林冠層對大氣 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，無論何種植物，葉子都可以不加選擇地保留大氣中的 MPs，并估計在葉面積排名前 11 位的綠色國家中，大約有 0.13 萬億個 MPs 附著在葉子上。最近的另一項調查顯示，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，這是一個出乎意料的高豐度結果。
盡管之前的研究報告了幾個大城市葉片上 MPs 的豐度，但這些研究依賴于視覺識別方法，可能低估了 MPs 的實際數量。隨著當前技術的進步， LDIR 自動化和高通量檢測方法已被廣泛用于環(huán)境 MPs 檢測，并被認為是一種可靠的方法。此外，該方法同時提供了 MPs 的化合物組成、大小和形態(tài)參數的信息，從而可以全面評估大氣 MPs 在葉片上的分布特征。這一點尤其重要，因為針對土壤和水生環(huán)境的研究表明，MPs 的基質特性會對微生物群落產生不同的影響。
結果表明，基于自動定量和可識別的方法，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 可能會影響葉際細菌群落，吸附污染物和 MPs 浸出添加劑的生態(tài)毒性可能是葉際細菌群落的環(huán)境和遺傳信息處理相關功能與 MPs 豐度呈顯著負相關的原因。生物氣溶膠的吸收和塑料球的形成可以解釋葉際細菌群落的 α 多樣性和人體健康相關功能與 MPs 豐度和大小呈正相關關系，而葉際細菌群落的β多樣性與 MPs 豐度和大小呈負相關關系。此外，鞘單胞菌在葉層圈的積累可能在大 MPs 對葉際細菌群落致敏的潛在促進中起關鍵作用。
專家介紹
北京大學環(huán)境科學與工程學院，博士生導師。主要從事微生物生態(tài)學和環(huán)境修復生物技術的研究和教學工作。先后主持了國家重大專項、環(huán)保部公益項目、國家自然科學基金和科技部重點研發(fā)計劃等國家項目，以及聯(lián)合國環(huán)境署（UN environment）和 ITTO 等國際重要合作項目 20 多項。在國內外具有重要影響力的雜志發(fā)表相關科研論文 100 余篇。近期主要研究項目為科技部的 3 個重點專項課題，“半干旱滴取土地穩(wěn)定的微生物機制”，“青藏高原根際微生物特征與植物關系”，以及“農田土壤零塑料污染—微塑料對農田土壤微生物的影響”。與此同時，作為聯(lián)合國環(huán)境署旗艦項目《全球環(huán)境展望》的高級咨詢委員會聯(lián)合主席、全球生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)服務功能科學-政策政府間平臺（IPBES）的多學科委員會委員（MEP-2015-2018），參與全球生態(tài)系統(tǒng)評估和環(huán)境保護的科學指導和平臺管理；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)境相關國際公約的談判和國家履約行動的技術支持工作。
北京大學環(huán)境科學與工程學院 2020 級博士研究生，研究方向為大氣微塑料傳輸過程及其對下墊面微生態(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，我們采用了 8700 LDIR 激光紅外成像儀對大氣降塵和植物葉片上的微塑料進行上機檢測。該儀器配備了專門為微塑料研究而建立的數據庫，準確度極高，自動化流程大大減少了人工操作和時間成本，能夠快速獲取有關微塑料尺寸、形狀和聚合物類型等多項參數。
通過使用 8700 LDIR 激光紅外成像技術，我們的研究發(fā)現了大量尺寸在 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)現遠遠超過了傳統(tǒng)的人工目視檢查結果，極大地提升了我們對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據支持。
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，可自動實現對微塑料顆粒識別、圖像采集、紅外譜圖測試、尺寸信息以及定性結果統(tǒng)計等。與此同時，還可獲得每個顆粒的形態(tài)分析數據，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現準確測試。而 8700 LDIR 紅外成像高精度的顆粒識別方法，可將大于 6 um 以上的顆粒全部自動識別并實現準確測試。測試全程由軟件自動控制，最大限度的消除了人為誤差的影響，為實驗室間進行數據對比提供了更多可行性。
