CuO纳米颗粒的植物毒性及在玉米体内的长距离运输

论文摘要

人工纳米颗粒（Engineered nanoparticles,ENPs）具有小粒径、大比表面积、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特殊的性质，有广阔的应用前景，近年来已逐渐成为研究的热点。纳米材料的大量生产和应用，不可避免的造成人工纳米颗粒向环境中排放，可能带来潜在的环境风险，人们对人工纳米颗粒安全性及生物效应的信息需求也在增加。2003年《Science》和《Nature》就纳米颗粒生物效应问题展开讨论，纳米颗粒的环境安全也日益引起人们的重视。植物是生态系统的一个重要受体，也是人工纳米颗粒向食物链蓄积的重要途径。至今，对人工纳米颗粒植物毒性的研究也日益增加。CuO ENPs已被广泛应用于商业领域，如气体传感器、光电效应电池、催化剂及半导体材料等，随着其大量应用，排放到环境中的CuO ENPs也越来越多。而有关CuO ENPs与植物毒性及其在植物体内的迁移转运的研究还不多。本研究拟以玉米为受试生物，阐明CuO ENPs对玉米幼苗的毒性作用，并探索纳米颗粒在玉米幼苗体内的迁移运输规律，最终为CuOENPs的环境安全评价提供依据。本文研究了不同浓度的CuO ENPs对玉米种子萌发阶段的影响，结果表明CuO ENPs对玉米种子发芽率没有影响，却显著抑制了萌发阶段根的伸长。幼苗生长时期，在土壤介质培养下，CuO ENPs能引起玉米叶片黄化，随着处理时间的增加，CuO ENPs对玉米幼苗株高的抑制逐渐减弱，这可能是土壤成分的复杂性引起的。溶液培养条件下，相对于空白处理，CuO ENPs能降低玉米生物量，并导致叶片黄化现象，纳米颗粒对玉米的毒性效应与浓度及暴露时间有关。而对应的离子及大颗粒处理对玉米幼苗生长无明显作用。这说明纳米颗粒的植物毒性主要来源于颗粒本身。纳米颗粒小粒径、大比表面积的特殊效应可能是对植物产生毒性的原因。通过光学显微镜观察到CuO ENPs首先粘附在玉米根表上，经透射电子显微镜及X射线能谱分析发现CuO ENPs存在于玉米的根及叶片细胞中，结合我们之前研究发现的CuO ENPs还能存在于玉米木质部汁液中，得出以下结论：CuOENPs首先吸附在玉米根表周围，然后进入根细胞中，从未完全形成凯氏带的幼嫩根细胞中进入木质部中，随水分及营养物质运输到地上部。进一步通过高分辨电子显微镜（HRTEM）观察到，纳米颗粒还能通过韧皮部向地下运输，并且在运输的过程中一部分CuO被还原为Cu2O及Cu2S。纳米颗粒在向下运输的过程中可能是伴随金属硫蛋白或光合作用形成的碳水化合物运输的，碳水化合物中的一些还原性糖可能将铜由二价还原为一价，另外，植物体内的一些还原酶或铁氧还原蛋白也可能充当还原剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 纳米颗粒概述
• 1.2.1 纳米颗粒的定义
• 1.2.2 纳米颗粒的特性
• 1.2.3 纳米颗粒的种类及应用
• 1.3 人工纳米颗粒对植物的毒性研究概况
• 1.3.1 人工纳米颗粒对植物的生物效应
• 1.3.2 纳米颗粒对植物毒性作用的影响因素
• 1.3.3 人工纳米颗粒对植物的细胞毒性、基因毒性
• 1.4 人工纳米颗粒在植物体内的吸收、迁移及转运
• 1.4.1 植物对人工纳米颗粒的吸收及转运
• 1.4.2 人工纳米颗粒在植物体内的生物转化
• 1.5 研究目的与内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 技术路线
• 2 CuO ENPs 对玉米种子萌发的影响
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 分析测定方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 CuO ENPs 及 BPs 的特性表征
• 2.3.2 CuO ENPs 对玉米种子萌发的影响
• 2.4 小结
• 3 CuO ENPs 对玉米幼苗生长的影响及其在玉米体内的分布
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 实验方法
• 3.2.3 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 土壤中 CuO ENPs 对玉米幼苗生长的影响
• 3.3.2 溶液培养中 CuO ENPs 对玉米幼苗生长的影响
• 3.3.3 玉米根系吸收 CuO ENPs
• 3.3.4 CuO ENPs 在玉米植株体内的转运
• 3.4 小结
• 4 CuO ENPs 在玉米植株体内的长距离运输
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 分析测定方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 玉米不同部位铜含量
• 4.3.2 CuO ENPs 在植物组织中的透射电镜观察
• 4.4 小结
• 5 结论、创新点与展望
• 5.1 结论
• 5.2 创新点
• 5.3 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果