CuO纳米颗粒的植物毒性及在玉米体内的长距离运输
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。
氧化铜纳米颗粒;植物毒性;韧皮部;玉米;迁移转运
中国海洋大学
硕士
环境科学
王震宇
2012
中文
TB383;X503.23
61
2012-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）