Nanoplastics increase algal absorption and toxicity of Cd through alterations in cell wall structure and composition

毒性 细胞壁 细胞外 细胞内 化学 多糖 生物物理学 果胶 藻类 生物化学 生物 植物 有机化学
作者
Shuang Zhang,Ziyi Sun,Tianying Zheng,Caijiao He,Daohui Lin
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:254: 121394-121394 被引量:52
标识
DOI:10.1016/j.watres.2024.121394
摘要

Nanoplastics (NPs) may act as carriers of heavy metals and cause complex toxicity to aquatic organisms, while the exact role of NPs in the joint toxicity remains unclear. Here, we investigated the joint toxicity of polystyrene NPs (PS-NPs) and Cd to freshwater algae (Chlorella vulgaris). It was found that PS-NPs (1 mg L−1) could hardly enter algal cells and slightly inhibit algal growth (p < 0.01). The effect of PS-NPs as carriers on the joint toxicity of PS-NPs and heavy metals could be neglected because of the limited adsorption of Cd by PS-NPs, while the PS-NPs altered the cell wall structure and composition, which resulted in the increased algal absorption and toxicity of Cd. Compared to the low dose Cd (0.4 mg L−1) treatment alone, the extracellular and intracellular Cd contents in the cotreatment were significantly increased by 27.3 % and 18.0 %, respectively, due to the increased contents of cell wall polysaccharides (pectin and hemicellulose in particular) by the PS-NPs. Furthermore, after the high dose Cd (2 mg L−1) exposure, the inhibited polysaccharide biosynthesis and the loosen cell wall structure weakened the tolerance of cell wall to abiotic stress, facilitating the entry of PS-NPs into the algal cells and inducing the higher toxicity. These results elucidate the mechanism by which NPs enhance heavy metal toxicity to algae, providing a novel insight into environmental risks of NPs.
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