納米二氧化鈰在擬南芥體內(nèi)的累積以及毒性效應(yīng).pdf

1、納米技術(shù)被廣泛運(yùn)用于工業(yè)、藥品、能源、農(nóng)業(yè)和能源等領(lǐng)域。納米金屬氧化物顆粒具有獨(dú)特的催化、電、光和磁等特性，有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛻?yīng)用前景。如納米二氧化鈰(CeO2 Nanoparticles，CeO2 NPs)被廣泛應(yīng)用于催化、燃料電池、微電子、玻璃、陶瓷以及柴油添加劑等。納米顆粒(Nanoparticles，NPs)能通過(guò)各種途徑進(jìn)入大氣、水生和陸生環(huán)境。NPs在環(huán)境中的潛在危害和生態(tài)毒性越來(lái)越受到重視。NPs對(duì)植物的影響應(yīng)受到特別關(guān)

2、注:一方面植物與土壤、水和大氣等環(huán)境要素緊密作用;另一方面植物是生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，也是毒性物質(zhì)生物蓄積的起點(diǎn)。NPs通過(guò)食物鏈逐級(jí)向營(yíng)養(yǎng)高位富集，可能對(duì)食物鏈中高級(jí)生物的產(chǎn)生毒性效應(yīng)。研究NPs對(duì)植物的毒害效應(yīng)、吸收積累以及轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)評(píng)價(jià)NPs環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)有著重要意義。
　　本課題以擬南芥為受試植物，在瓊脂培養(yǎng)基中添加不同濃度(100 mg/L、200 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L和3000

3、mg/L)的微米二氧化鈰(CeO2 Bulk)和CeO2 NPs以及CeO2 NPs釋放的Ce離子，研究CeO2 NPs乖CeO2 Bulk對(duì)擬南芥的毒性效應(yīng)，并且區(qū)分CeO2 NPs、NPs釋放Ce離子對(duì)植物的毒害差異;利用TEM、ICP-MS等技術(shù)手段研究擬南芥對(duì)CeO2 NPs、CeO2 Bulk的吸收積累特性差異;通過(guò)測(cè)定植物體內(nèi)丙二醛(Malonaldehyde，MDA)、過(guò)氧化氫(Hydrogen peroxide，H2O2

4、)、葉綠素含量以及葉綠素?zé)晒獾戎参锷砩笜?biāo)，探究CeO2 NPs對(duì)擬南芥的毒性機(jī)制。
　　透射電鏡（Transmission electron microscope，TEM）可以觀察到2000 mg/L的CeO2NPs在超純水(18 MΩ.cm)中有團(tuán)聚現(xiàn)象，團(tuán)聚體平均粒徑為0.447μm，而CeO2 Bulk平均粒徑為75.89μm。與CeO2 NPs在超純水中沉降性能相比，其在1/2 MS培養(yǎng)液中沉降性能增強(qiáng)。利用超速離心

5、和超濾管法測(cè)定CeO2 NPs、CeO2 Bulk在超純水中釋放的Ce離子，發(fā)現(xiàn)超濾管離心法測(cè)得的溶解濃度低于超速離心法。此外，相比于CeO2Bulk，CeO2 NPs在超純水中能釋放出更多的鈰離子。
　　從擬南芥生長(zhǎng)狀況、生物量和根長(zhǎng)數(shù)據(jù)來(lái)看，發(fā)現(xiàn)在200-500 mg/L CeO2 NPs處理下，擬南芥根長(zhǎng)和生物量與對(duì)照相比，均有所增加，CeO2 NPs呈現(xiàn)出促進(jìn)生長(zhǎng)的效應(yīng)。隨著培養(yǎng)基中CeO2 NPs濃度增加至2000 mg

6、/L和3000 mg/L時(shí)，CeO2 NPs顯著抑制擬南芥生長(zhǎng);200-500 mg/L CeO2 Bulk處理下，擬南芥生物量有所增加，而無(wú)1000-3000 mg/L CeO2 Bulk對(duì)擬南芥無(wú)明顯影響。CeO2 NPs釋放的Ce離子處理下，擬南芥生長(zhǎng)良好，無(wú)毒害現(xiàn)象，確定引起植物毒性作用的是CeO2 NPs本身，與CeO2NPs釋放的Ce離子無(wú)關(guān)。
　　利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(Inductively coupled pl

7、asma mass spectrometry，ICP-MS)、TEM方法證實(shí)CeO2 NPs、CeO2 Bulk都能被擬南芥吸收積累，并從根部運(yùn)輸?shù)降厣喜糠?。CeO2NPs的吸收積累量大于CeO2 Bulk。Ce離子處理下擬南芥對(duì)Ce吸收量很少。通過(guò)TEM發(fā)現(xiàn)CeO2 NPs處理下，擬南芥葉片中有大量沉積物存在，主要積累在細(xì)胞間隙，細(xì)胞壁附近。CeO2 NPs能通過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，包圍破壞并分解葉綠體，造成細(xì)胞損傷;而CeO2 Bul