典型人工納米材料對水稻的植物毒性研究.pdf

1、人工納米材料由于其獨特的理化性能在催化劑、生物傳感器、醫(yī)藥科學和電子工業(yè)等領域得到廣泛應用。這些納米材料在生產、回收和廢棄處理等過程中不可避免地進入到生態(tài)環(huán)境中，對環(huán)境中的動植物產生毒性作用，并可能通過環(huán)境中的動植物進入食物鏈，對整個生態(tài)系統(tǒng)造成潛在的負面影響。盡管目前納米材料的植物毒性和在植物體內的吸收積累時有報道，但是系統(tǒng)的研究比較幾種典型的人工納米材料對同一種植物的負面效應和吸收轉運行為還需要補充和完善。本研究采用水培種植實驗，通

2、過研究多壁碳納米管材料(MWCNTs)、氧化鋅納米顆粒(ZnONPs)、硫化鋅納米顆粒(ZnSNPs)和氧化銅納米顆粒(CuONPs)在濃度為10，50和100 mg/L時對水稻幼苗生長指數、氧化脅迫效應、生理功能、物質合成的影響，以及納米材料在植物體內的吸收，揭示了典型人工納米材料對水稻的植物毒性以及在植物體內的吸收行為。
　　將水稻幼苗暴露在MWCNTs懸浮液中培養(yǎng)10d后的實驗結果表明，高濃度(100 mg/L)的MWCNT

3、s使地上部分和根系鮮重分別降低至對照組的87.6±1.1％和69.2±7.8％。MWCNTs誘導水稻根系產生氧化應激反應和細胞膜損傷主要出現在高濃度處理組，其中，過氧化氫酶(CAT)活性由對照組的8.8±1.6 U/mg Prot(Protein，蛋白質)增加至16.3±2.8 U/mg Prot，丙二醛(MDA)含量由對照組的8.0±0.3μmol/g FW(fresh weight，鮮重)增加至15.1±1.4μmol/g FW。然

4、而，水稻根系重要的生物酶活性在低濃度(10 mg/L)時就開始明顯降低。通過透射電鏡(TEM)觀察發(fā)現，MWCNTs顆粒分布在水稻幼苗根系細胞內.從而證實了MWCNTs能被植物細胞吸收。
　　對ZnONPs、ZnSNPs和CuONPs在水中的團聚尺寸、Zeta電位和溶出金屬離子的表征結果顯示，CuONPs在水中的分散性和穩(wěn)定性高于ZnONPs和ZnSNPs。而ZnONPs懸浮液中溶解的金屬離子量高于CuONPs和ZnSNPs懸浮液

5、，培養(yǎng)實驗進行3d后，三種人工納米材料的懸浮液團聚尺寸均降低。毒性實驗結果表明較高濃度（50和100 mg/L）的ZnONPs和CuONPs能同時降低水稻地上部分和根系的鮮重/干重和長度等生長指數，阻礙水稻幼苗的正常生長，降低根系活力，增加根系中ROS和MDA的含量，提高POD的活性，降低根系活力和葉片中的葉綠素含量。其中，50和100 mg/L的ZnONPs導致根系鮮重降低至對照組的47.3％和44.3％，100 mg/L的ZnONP

6、s和CuONPs使根系活力由對照組的710.4μg/g/h分別降低至150.0μg/g/h和481.9μg/g/h。ZnSNPs在實驗設置濃度下體現了促進水稻生長的作用。例如，10 mg/L的ZnSNPs使地上部分鮮重增加到對照組的109.8％，100 mg/L時使根系活力提高到了對照組的2倍。水稻幼苗對Zn的選擇性吸收和生物轉運系數均高于Cu。本研究結果證明了人工納米材料的植物毒性和吸收轉運行為與納米顆粒在水中的理化性質以及植物對不同