Aufschluss über die Auswirkungen von Mikroplastik auf das Wachstum von Linsenkeimlingen

Es ist bekannt, dass Mikroplastikverschmutzung die Keimung von Samen und das Wachstum von Sämlingen negativ beeinflusst. Obwohl einige Studien die Auswirkungen von Mikroplastik auf die Samenkeimung gezeigt haben, blieb die Auswirkung von Mikroplastik auf die interne biologische Aktivität von Samen unbekannt. Nun hat eine Gruppe von Forschern mithilfe der optischen Kohärenztomographie von Biospeckle gezeigt, dass Mikroplastik die innere Aktivität in Linsensamen während der Keimung erheblich behindert und in späteren Stadien zu Wachstumsstörungen führen kann.

Mikroplastik sind kleine Kunststofffragmente mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm. Es gibt zwei Arten von Mikroplastik: primäres und sekundäres. Als primäres Mikroplastik gelten alle Kunststoffpartikel, die bereits 5 mm oder kleiner sind, bevor sie in die Umwelt gelangen. Sie kommen in Kosmetika, Textilien, Scheuermitteln und Toilettenartikeln vor. Andererseits entsteht sekundäres Mikroplastik, wenn größere Kunststoffprodukte wie Flaschen, Behälter, Fischernetze, der in der Landwirtschaft verwendete Kunststoffmulch und Plastiktüten durch natürliche Verwitterungsprozesse in kleinere Teile zerfallen.

In den letzten Jahrzehnten ist die Verschmutzung durch Mikroplastik weltweit zu einem Hauptgrund für Besorgnis geworden. Aufgrund ihrer zunehmenden Verwendung und mangelnder Abfallwirtschaft reichert sich Mikroplastik in alarmierenden Mengen in Ökosystemen an und stellt eine ernsthafte Bedrohung für Pflanzen, Tiere und Menschen gleichermaßen dar.

Ähnlich wie der menschliche Körper haben Pflanzen eine Methode, um Nährstoffe, die von ihren Wurzeln aufgenommen werden, zu anderen Teilen ihres Körpers zu transportieren. Sich entwickelnde Pflanzen können Mikroplastik durch Risse in ihren jungen Wurzeln aufnehmen. Diese können dann entlang des Xylems (das einen Teil des „Verteilungssystems“ der Pflanze bildet) zu den essbaren Teilen der Pflanze wandern. Kürzlich wurde Mikroplastik in vielen gängigen Obst- und Gemüsesorten und sogar in Speisesalz gefunden.

Wenn wir verstehen, wie Mikroplastik über die Nahrungskette verteilt werden könnte, stellt sich eine wichtige Frage: Wie wirkt sich dieses Mikroplastik auf die Pflanzen aus, die es aufnehmen? Ein Forscherteam versuchte, dies zu untersuchen, beginnend mit dem frühesten Stadium des Lebens einer Pflanze – der Keimung des Samens.

Das Team, bestehend aus Prof. Uma Maheswari Rajagopalan vom Shibaura Institute of Technology (SIT) und Prof. Hirofumi Kadono zusammen mit seinem Ph.D. Die Studenten Y. Sanath K. De Silva und Li Danyang von der Saitama University, Japan, untersuchten die Auswirkungen von Mikroplastik auf die Keimung von Linsensamen und das Wachstum von Sämlingen, wobei sie sich darauf konzentrierten, wie diese Schadstoffe die innere Aktivität eines Samens beeinflussen. Sie verwendeten die Biospeckle Optical Coherence Tomography (bOCT) – eine Technik, die sie vorgeschlagen und dann bewiesen hatten, dass sie die interne Aktivität von Pflanzen genau demonstriert – um ihre Beobachtungen durchzuführen, deren Einzelheiten in der Zeitschrift veröffentlicht wurden Chemosphäre.

Die Forscher setzten Linsensamen sieben Tage lang unterschiedlichen Konzentrationen von Polyethylen-Mikroplastik (PEMPs) aus, wobei bOCT-Beobachtungen nach 0, 6, 12 und 24 Stunden festgestellt wurden. Die Ergebnisse der bOCT wurden dann mit biologischen Parametern der Keimung und des Wachstums sowie der antioxidativen Enzymaktivität verglichen.

Ihre Ergebnisse waren recht vielversprechend. Nach nur 6 Stunden zeigten bOCT-Daten, dass die mit PEMPs behandelten Samen eine erhebliche Abnahme der internen Aktivität aufwiesen, was die nachteiligen Auswirkungen von Mikroplastik auf ihre Keimung und das anschließende Pflanzenwachstum belegt. Eine Zunahme der antioxidativen Enzymaktivitäten wurde ebenfalls beobachtet. Die Studie stellte fest, dass bei einer Erhöhung der PEMP-Konzentration der Abfall der internen Aktivität ausgeprägter war, was auf eine dosisabhängige Wirkung von PEMPs auf Linsensamen und -keimlinge hindeutet.

„Unsere Ergebnisse zeigten zum ersten Mal, dass Mikroplastik die innere Aktivität von Samen während der Keimung behindert. Dies ist wahrscheinlich auf die physikalische Verstopfung der Poren zurückzuführen, was in späteren Stadien zu Wachstumsstörungen führt“, sagt Prof. Rajagopalan.

Tatsächlich erwies sich ihr einzigartiger Ansatz, OCT, eine in der Augenheilkunde weit verbreitete Technik, in Biospeckle-OCT zu modifizieren, das das in einem OCT auftretende Rauschen zu seinem Vorteil nutzt, als sehr effektiv. Herkömmliche Methoden, die auf Längen und Gewichten beruhen, benötigen etwa zwei Tage Exposition, um ähnliche Ergebnisse zu zeigen, eine Leistung, die bOCT innerhalb von Stunden erreicht.

Die Technik kann verwendet werden, um die dosisabhängigen Auswirkungen von Mikroplastik auf Saatgut effektiv zu beobachten. „Unsere Ergebnisse unterstreichen das Potenzial von bOCT als Screening-Tool für eine schnelle Bewertung der Saatgutqualität und der Umweltverschmutzung“, sagt Prof. Rajagopalan.

Zusammenfassend zeigt diese Studie, dass PEMPs die Keimung von Linsensamen negativ beeinflussen, was wiederum ihr Wachstum beeinflusst. Dieses Ergebnis hat wichtige Auswirkungen auf die Politikgestaltung in Bezug auf die Kontrolle und das Management der Umweltverschmutzung durch Mikroplastik.

Bereitgestellt vom Shibaura Institute of Technology