纳米氧化铜的植物吸收累积与毒性效应初探

论文摘要

纳米金属氧化物由于其独特的电、磁、催化特性,在高温超导、有机催化、传感器、电极材料等方面有着广泛的应用前景和巨大的发展潜力,正受到越来越多的关注。关于纳米金属氧化物所具有的潜在生态毒性与环境风险也正逐渐成为研究热点。某些特定种类的纳米颗粒可以被植物根系吸收的研究结论已有报道,但关于植物能否将吸收进入根内的纳米颗粒在体内进行转运仍存在很多争议。作为纳米金属氧化物中重要的一种,纳米氧化铜（CuONPs）正被广泛应用于船只的防腐涂料、墨水、塑料制造、抗菌涂料等多个领域。本课题以铜耐性和富集植物——海州香薷和常见蔬菜品种——黄瓜作为模型植物,通过室内添加不同浓度的CuONPs （0、100 mg/L、200 mg/L、500 mg/L和1000 mg/L）以及CuONPs在Rorison营养液中释放的可比剂量可溶性铜（0.5 mg/L）的水培实验,研究植物对CuONPs的吸收积累以及CuONPs对植物的毒性效应。主要结论如下：在CuONPs处理下,两种植物各个组织中铜累积量都明显高于0.5 mg/L可溶态铜处理组或对照组,经1000 mg/L CuONPs处理后的海州香薷茎、叶中铜的累积量分别达到110.2mg/kg和90.8mg/kg,远高于0.5 mg/L可溶态铜处理组（32.5 mg/kg和25.3 mg/kg）和对照组（18.3mg/kg和13.8 mg/kg）。TEM-EDS结果显示,在CuONPs处理下两种植物根、茎、叶各组织细胞中都发现颗粒沉积物,且沉积物中铜含量均高于背景值,疑似为CuO颗粒沉积。μ-XANES拟合结果表明,在CuONPs处理下两种植物不同组织累积的铜中,CuONPs相似结合态都占相当比例,即使在海州香薷和黄瓜叶中也高达43.5%和47.2%,但前期的离子态铜处理实验中并未在植物体内发现CuONPs相似结合态。以上结果表明CuONPs可以被植物根系吸收并被向上转运至植物茎、叶组织处。与对照组相比,在CuONPs处理下两种植物的叶绿素含量和生物量都发生明显下降,MDA含量出现显著上升；但0.5 mg/L可溶态铜处理组并未出现类似现象。这表明CuONPs的毒性并不直接来自于有限的溶出的离子态铜,而是源于纳米颗粒态,并且纳米颗粒态CuO的毒性比在溶液中溶出的可溶态铜强。对比CuONPs处理下海州香薷和黄瓜对铜的吸收累积能力以及生长抑制状况,发现同等剂量的CuONPs处理下海州香薷各组织中铜的累积量都高于黄瓜,表明作为铜富集植物的海州香薷对CuONPs同样具有较高的富集特性；但本研究中并未有明显证据表明作为铜耐性植物的海州香薷对CuONPs具有高于普通植物的耐受特性,因此相关结论的得出还需进一步研究。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米颗粒及工程性纳米材料
• 1.1.1 纳米颗粒
• 1.1.2 工程性纳米材料
• 1.2 植物对纳米颗粒的吸收与累积研究现状
• 1.2.1 植物对纳米颗粒吸收的模型
• 1.2.2 植物对碳纳米颗粒的吸收与累积
• 1.2.3 植物对纳米金属氧化物的吸收与累积
• 1.2.4 植物对金属纳米颗粒的吸收与累积
• 1.3 纳米颗粒的植物毒性效应
• 1.3.1 纳米颗粒对植物幼苗的毒性效应
• 1.3.2 纳米颗粒对藻类和植物细胞的毒性效应
• 1.4 本研究意义及内容
• 1.4.1 立题依据
• 1.4.2 研究内容及拟解决的关键问题
• 1.4.3 技术路线
• 第2章 纳米氧化铜基本理化性质表征
• 2.1 引言
• 2.2 材料与方法
• 2.2.1 供试材料
• 2.2.2 纳米氧化铜颗粒的TEM测定
• 2.2.3 纳米氧化铜粒径及ZETA电位测定
• 2.2.4 纳米氧化铜溶解度的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 不同条件下纳米氧化铜的形貌及粒径
• 2.3.2 不同溶液条件下纳米氧化铜的粒径及ZETA电位
• 2.3.3 纳米氧化铜在不同液体条件下的溶解度
• 2.4 小结
• 第3章 纳米氧化铜的植物吸收累积
• 3.1 引言
• 3.2 材料与方法
• 3.2.1 植物培养
• 3.2.2 实验处理
• 3.2.3 植物不同组织中Cu的累积
• 3.2.4 植物细胞中Cu的沉积
• 3.2.5 植物不同组织中Cu的结合形态与分布特征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 水培液中铜浓度的时间变化规律
• 3.3.2 植物不同组织中Cu的累积差异
• 3.3.3 植物细胞中Cu的沉积
• 3.3.4 植物不同组织中Cu的结合形态与分布特征
• 3.4 小结
• 第4章 纳米氧化铜对植物的毒性效应
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 植物培养
• 4.2.2 实验处理
• 4.2.3 纳米氧化铜处理下植物生物量的测定
• 4.2.4 纳米氧化铜处理下植物叶绿素含量的测定
• 4.2.5 纳米氧化铜处理下植物膜脂过氧化程度的测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 纳米氧化铜处理下植物生物量变化
• 4.3.2 纳米氧化铜处理下植物叶绿素含量的变化
• 4.3.3 纳米氧化铜处理下植物MDA含量的变化
• 4.4 小结
• 第5章 全文研究结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 攻读硕士期间撰写论文及奖励