CuO纳米颗粒对玉米的毒性效应及其在玉米体内的吸收和转运

论文摘要

近年来,随着纳米技术的飞速发展,人工合成纳米颗粒（Nanoparticles,NPs）已经越来越广泛地应用于纺织、电子、医药、陶瓷、涂料、化妆品、农业、环境修复等行业。NPs的大量应用和推广得益于其独特的机械性能、接触反应活性、光学性质和电传导性等。然而,在纳米产品的生产、使用和处理等过程中,NPs难免会进入到环境中,其本身具有的独特性质将会给生物体和生态环境带来难以预料的影响。国际著名刊物Science和Nature多次发表文章,指出NPs可能会对环境产生潜在的负面影响。植物是生态系统的生产者和生物蓄积起点,NPs会通过各种途径释放到大气、水体和土壤中,被植物吸收,再通过食物链最终进入到人体中,对人体健康造成潜在风险。目前,纳米颗粒的植物效应已经引起科学界的关注。纳米颗粒可以进入植物体内,并在在植物体内发生迁移转运,同时对植物产生毒害作用。然而,纳米颗粒在植物体内的吸收、迁移转运和蓄积规律还上不清楚,其对植物的致毒机制也未明确。本研究的目的是采用水培试验,通过研究CuO纳米颗粒对种子发芽和植物幼苗生长的影响,揭示纳米颗粒对高等植物生长的毒性效应,并试探讨其致毒机制;通过研究植物体对纳米颗粒的吸收以及纳米颗粒在植物体中的转运情况,了解纳米颗粒进入植物体的可能途径以及在植物体中的分布和生物累积,对深入理解CuO纳米颗粒对高等植物的致毒机制及在其体内的迁移转运规律提供基础数据。本文首先研究了CuO纳米颗粒对玉米种子发芽率、根伸长、玉米幼苗生物量、根系形态以及细胞膜稳定性等生长情况的影响,结果表明CuO纳米颗粒对玉米种子发芽率没有显著影响,但会延迟种子开始发芽的时间,抑制根伸长,并可抑制玉米幼苗的生长,导致玉米幼苗生物量下降,致使幼苗期根系形态异常,根冠变短变粗,根尖受损,导致植物体含水率下降,细胞膜稳定性降低。而CuO微米颗粒和相应的Cu2+溶液处理并未对玉米产生类似的毒性效应,表明CuO纳米颗粒对玉米幼苗的毒性效应来自纳米颗粒自身,与其释放出的Cu2+无关。此外进一步的研究表明,CuO纳米颗粒处理下的玉米幼苗中铜含量远高于空白、CuO微米颗粒处理和相应的Cu2+溶液处理。玉米幼苗暴露在100mg/LCuO纳米颗粒15天后,Cu从根部到地上部的迁移系数约为0.13。另外,通过透射电镜观察,发现CuO纳米颗粒分布在玉米幼苗根尖表皮细胞的细胞壁、皮层细胞的原生质和质外体中,同时,在玉米幼苗茎部的木质部汁液中也发现了CuO纳米颗粒。这表明玉米幼苗通过根吸收了CuO纳米颗粒,并通过维管系统将其从根运输到地上部。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 纳米颗粒的定义、种类、性质及应用
• 1.1.2 纳米颗粒的环境风险和生物毒性效应
• 1.2 纳米颗粒植物毒性研究现状
• 1.2.1 人工纳米颗粒对植物发芽率和根伸长的影响
• 1.2.2 人工纳米颗粒对植物幼苗生长的影响
• 1.2.3 纳米颗粒植物毒性的机理
• 1.2.4 影响纳米颗粒植物效应的因素
• 1.3 植物对纳米颗粒的吸收和运移研究现状
• 1.4 CuO 纳米颗粒及其毒性
• 1.4.1 CuO 纳米颗粒的性质及应用
• 1.4.2 CuO 纳米颗粒的生态毒性研究现状
• 1.5 研究目的及内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 研究技术路线
• 2 CuO 纳米颗粒对玉米种子发芽率和根伸长的影响
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 测定方法
• 2.2.3 分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 CuO 颗粒及其悬浮液性质表征
• 2.3.2 CuO 纳米颗粒对玉米种子发芽率的影响
• 2.3.3 CuO 纳米颗粒对玉米发芽期间根伸长的影响
• 2.4 小结
• 3 CuO 纳米颗粒对玉米幼苗生长的影响
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 供试材料与幼苗培养
• 3.2.2 测定方法
• 3.2.3 分析方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 CuO 纳米颗粒对玉米幼苗生物量的影响
• 3.3.2 CuO 纳米颗粒对玉米幼苗根系形态的影响
• 3.3.3 CuO 纳米颗粒对玉米幼苗细胞膜稳定性的影响
• 3.4 小结
• 4 玉米幼苗对 CuO 纳米颗粒的吸收和转运
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 供试材料与幼苗培养
• 4.2.2 测定方法
• 4.2.3 分析方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 玉米幼苗地下部与地上部的铜含量
• 4.3.2 玉米幼苗根对CuO 纳米颗粒的吸收
• 4.3.3 CuO 纳米颗粒在植物体的转运
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 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