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Effects of individual and combined polystyrene nanoplastics and phenanthrene on the enzymology, physiology, and transcriptome parameters of rice (Oryza sativa L.)

水稻 小桶 稻属 光合作用 抗氧化剂 转录组 苯丙素 化学 食品科学 生物 生物化学 基因 环境化学 基因表达 生物合成
作者
Junyuan Wang,Siyuan Lu,Hongfeng Bian,Miao Xu,Weize Zhu,Hanxi Wang,Chunguang He,Lianxi Sheng
出处
期刊:Chemosphere [Elsevier BV]
卷期号:304: 135341-135341 被引量:37
标识
DOI:10.1016/j.chemosphere.2022.135341
摘要

Owing to their wide distribution, easy production, and resistance to degradation, microplastics (MPs) represent a globally emerging group of pollutants of concern. Furthermore, their decomposition can result in the generation of nanoplastics (NPs), which cause further environmental issues. Currently, the impact of the combination of these plastics with other organic pollutants on crop growth remains poorly investigated. In this study, a hydroponic experiment was conducted for seven days to evaluate the effects of 50 nm, 50 mg/L polystyrene (PS), and 1 mg/L phenanthrene (Phe) on the growth of rice plants. The results revealed that both Phe and PS inhibited growth and improved the antioxidant potential of rice. Relative to Phe alone, exposure to a combination of PS and Phe reduced Phe accumulation in the roots and shoots by 67.73% and 36.84%, respectively, and decreased the pressure on the antioxidant system. Exposure to Phe alone destroyed the photosynthetic system of rice plant leaves, whereas a combination of PS and Phe alleviated this damage. Gene Ontology (GO) analysis of the rice transcriptomes revealed that detoxification genes and phenylalanine metabolism were suppressed under exposure to Phe, which consequently diminished the antioxidant capacity and polysaccharide synthesis in rice plants. Kyoto Encyclopaedia of Genes and Genomes (KEGG) transcriptome analysis revealed that the combined presence of both PS and Phe improved photosynthesis and energy metabolism and alleviated the toxic effects of Phe by altering the carbon fixation pathway and hormone signal transduction in rice plants. The combination of PS and Phe also prevented Phe-associated damage to rice growth. These findings improve our understanding of the effects of MP/NPs and polycyclic aromatic hydrocarbons on crops.
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