典型纳米金属氧化物对不同类型土壤中蚯蚓、小麦的毒性效应

发布时间：2018-12-17 05:46

【摘要】：纳米材料由于其特殊效应,在生物医学、工业生产、环境处理等方面极为广泛。纳米金属氧化物在目前纳米材料发展中占主要地位。纳米ZnO、纳米CeO2等用途广泛的纳米材料每年产量巨大。直接释放到土壤中的加上进入土壤填埋的纳米材料约占总纳米材料的76.5%。作为人类及众多生物生存的根本,土壤中纳米材料的污染状况堪忧。目前纳米材料在土壤环境中的危害研究还很不足。而且其中大多数的纳米毒性研究,是在生物的理想环境条件下进行,例如水培,人工模拟土壤等。然而不同自然土壤类型的土壤性质不同,如土壤的pH,有机质及土壤灰分含量,都会对纳米材料的毒性效果造成影响。尤其我国是纳米材料释放的主要区域之一,土壤性质复杂,研究土壤类型对纳米材料毒性效应的影响,具有实际意义。本文采集野外土壤,以赤子爱胜蚓(Eisenia fetida)和小麦(镇麦168)作为研究对象,通过研究不同土壤类型中纳米材料对蚯蚓、小麦的氧化损伤、、生物量的影响,以及对土壤酶活的影响,分析土壤类型对毒性效果造成差异的原因。具体开展如下三部分研究工作:(1)纳米ZnO和CeO2在不同土壤类型中的生物有效性分析。(2)纳米ZnO和CeO2对蚯蚓、小麦的生态毒理效应。(3)纳米ZnO和CeO2在不同土壤类型中毒性效应的差异。研究发现:(1)土壤中纳米ZnO,随着浓度增加,生物有效态增加且所占比例增大。而土壤中CeO2则相反,有效态浓度并不随浓度而增加,更易向残渣态转化,但是生物中(蚯蚓和小麦)Ce的含量会随CeO2浓度的增加而增加,说明BCR提取法并不能完全适合用于土壤中纳米材料的有效性判断。(2)在红壤中,纳米ZnO处理组的小麦根部更易富集Zn,使得Zn在根部过度累积。纳米CeO2在红壤、黄棕壤、棕壤中的小麦根部的吸收量相近,并随着土壤中添加的污染物含量增加而增加。小麦地上部以及蚯蚓组织在红壤中累积的Ce元素含量,明显高于其他土壤,这种现象可能会导致Ce元素在生物链上的富集。(3)土壤类型不同纳米ZnO与CeO2的毒性效果不同。水稻土中纳米ZnO与CeO2会对蚯蚓产生毒性效应,诱导抗氧化系统产生显著性差异,引起MDA、PCO含量的增加。纳米材料在红壤中对蚯蚓的毒性效果较小。在黄棕壤与棕壤中纳米ZnO与CeO2会对小麦产生毒性效应,导致MDA含量的增加,在高浓度时抑制SOD与CAT的活性。纳米材料在红壤中对小麦的毒性效果较小。因此,纳米金属氧化物进入红壤后,对生物造成的毒性更小、环境风险更低。红壤中的小麦虽然受到的来自纳米材料造成的毒性效果较小,但是由于纳米材料对脲酶活性的影响,纳米材料浓度增加后,红壤中小麦生物量较其他两种土壤明显降低。(4)纳米CeO2的浓度在不同土壤中对生物产生的影响与纳米ZnO类似,但是相比毒性更低。上述结果表明,红壤中的纳米ZnO与CeO2更易进入蚯蚓与小麦组织,但是两种纳米金属氧化物ZnO及CeO2在红壤中造成的毒性损伤小于水稻土、黄棕壤及棕壤。红壤中纳米ZnO与CeO2的毒性风险小于其他土壤,但这些纳米材料可能随食物链累积。同种土壤中,纳米ZnO对蚯蚓、小麦的毒性效果大于纳米CeO2。
[Abstract]:Nano-materials are widely used in the fields of biomedicine, industrial production and environmental treatment due to their special effects. The nano-metal oxide accounts for the current development of the nano-materials. Nano-sized ZnO, nano-CeO2 and other wide-purpose nano-materials have a large output every year. and the nano-material which is directly released into the soil and is filled in the soil accounts for 76.5% of the total nano-material. As the foundation of human and many biological survival, the pollution condition of the nano-material in the soil is worrying. At present, the harm of nano-material in soil environment is still insufficient. and most of the nanotoxicity studies are carried out under the ideal environmental conditions of the organism, for example, water culture, artificial simulated soil, and the like. However, the soil properties of different natural soil types, such as the soil pH, the organic matter and the soil ash content, can affect the toxicity of the nano-materials. In particular, China is one of the main areas of the release of the nano-materials, and the soil properties are complex, and the effect of soil type on the toxicity of the nano-materials is studied. In this paper, the field soil was collected to study the effects of the nano-materials on the oxidative damage, the biomass and the activity of the soil in different soil types by using Eisenia fetida and wheat (Zhenmai 168) as the research object. The reasons for the difference between soil type and toxicity were analyzed. The following three research work is carried out: (1) the biological effectiveness analysis of (1) nanometer ZnO and CeO2 in different soil types. (2) The ecological and toxicological effects of nano-ZnO and CeO2 on earthworms and wheat. (3) The difference of the toxicity of ZnO and CeO2 in different soil types. The results show that (1) the nano-ZnO in the soil increases with the increase of the concentration, and the proportion of the biological active state increases. in that soil, the concentration of CeO in the soil is not increase with the concentration and is more easily transformed to the residue state, but the content of the Ce in the organism (the earthworms and the wheat) increases with the increase of the concentration of the CeO2, and the BCR extraction method can not be completely suitable for the determination of the effectiveness of the nano-material in the soil. (2) In the red soil, the root of the wheat in the nano-ZnO treatment group is more easily enriched with Zn, so that the Zn is excessively accumulated at the root. The absorption of nano-CeO2 in the roots of the wheat in red soil, yellow-brown soil and brown soil is similar, and the content of the pollutants added in the soil is increased. The content of Ce element accumulated in the ground part of the wheat and the earthworm tissue in the red soil is obviously higher than that of the other soil, which can lead to the enrichment of the Ce element on the biological chain. (3) The effect of different nano-ZnO on the soil type is different from that of CeO2. The toxicity effect of the nano-ZnO and CeO2 on the earthworms can be induced by the nano-ZnO and the CeO2 in the paddy soil, and a significant difference in the anti-oxidation system is induced, and the content of the MDA and the PCO is increased. The toxicity of the nano-materials to the earthworms in red soil is less. In the yellow-brown soil and brown soil, the effect of nano-ZnO and CeO2 on the toxicity of the wheat is caused, the content of MDA is increased, and the activity of SOD and CAT is inhibited at high concentration. The toxicity of nano-materials in red soil has little effect on wheat. Therefore, after the nano metal oxide enters the red soil, the toxicity to the organism is less, and the environmental risk is lower. Although the effect of the nano-material on the activity of the nano-material and the increase of the concentration of the nano-material, the biomass of the wheat in the red soil is obviously lower than that of the other two. (4) The effect of the concentration of the nano-CeO2 on the bio-production in different soils is similar to that of the nano-ZnO, but is lower than the toxicity. The results show that the nano-ZnO and CeO2 in the red soil are more easily accessible to the earthworms and the wheat, but the toxicity of the two kinds of nano-metal oxides ZnO and CeO2 in the red soil is less than that of the paddy soil, the yellow brown soil and the brown soil. The toxicity of nano-ZnO and CeO2 in red soil is less than that of other soil, but these nano-materials may accumulate with the food chain. In the same soil, the toxicity of the nano-ZnO to the earthworms and the wheat is greater than that of the nano-CeO2.
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X171.5

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本文编号：2383754