纳米二氧化铈在拟南芥体内的累积以及毒性效应

发布时间：2019-04-30 18:18

【摘要】：纳米技术被广泛运用于工业、药品、能源、农业和能源等领域。纳米金属氧化物颗粒具有独特的催化、电、光和磁等特性,有着巨大的发展潜力和应用前景。如纳米二氧化铈(CeO_2 Nanoparticles,CeO_2 NPs)被广泛应用于催化、燃料电池、微电子、玻璃、陶瓷以及柴油添加剂等。纳米颗粒(Nanoparticles,NPs)能通过各种途径进入大气、水生和陆生环境。NPs在环境中的潜在危害和生态毒性越来越受到重视。NPs对植物的影响应受到特别关注:一方面植物与土壤、水和大气等环境要素紧密作用;另一方面植物是生态系统重要组成部分,也是毒性物质生物蓄积的起点。NPs通过食物链逐级向营养高位富集,可能对食物链中高级生物的产生毒性效应。研究NPs对植物的毒害效应、吸收积累以及转运对评价NPs环境安全风险有着重要意义。本课题以拟南芥为受试植物,在琼脂培养基中添加不同浓度(100 mg/L、200 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、2000 mg/L 和 3000 mg/L)的微米二氧化铈(CeO_2 Bulk)和CeO_2 NPs以及CeO_2 NPs释放的Ce离子,研究CeO_2 NPs和CeO_2 Bulk对拟南芥的毒性效应,并且区分CeO_2NPs、NPs释放Ce离子对植物的毒害差异;利用TEM、ICP-MS等技术手段研究拟南芥对CeO_2NPs、CeO_2 Bulk的吸收积累特性差异;通过测定植物体内丙二醛(Malonaldehyde,MDA)、过氧化氢(Hydrogen peroxide,H_2O_2)、叶绿素含量以及叶绿素荧光等植物生理生化指标,探究CeO_2 NPs对拟南芥的毒性机制。透射电镜(Transmission electron microscope,TEM)可以观察到 2000 mg/L 的 CeO_2 NPs在超纯水(18 MΩ.cm)中有团聚现象,团聚体平均粒径为0.447 μm,而CeO_2 Bulk平均粒径为75.89 μm。与CeO_2 NPs在超纯水中沉降性能相比,其在1/2 MS培养液中沉降性能增强。利用超速离心和超滤管法测定CeO_2 NPs、CeO_2 Bulk在超纯水中释放的Ce离子,发现超滤管离心法测得的溶解浓度低于超速离心法。此外,相比于CeO_2 Bulk,CeO_2 NPs在超纯水中能释放出更多的铈离子。从拟南芥生长状况、生物量和根长数据来看,发现在200-500 mg/L CeO_2 NPs处理下,拟南芥根长和生物量与对照相比,均有所增加,CeO_2NPs呈现出促进生长的效应,。随着培养基中CeO_2 NPs浓度增加至2000 mg/L和3000 mg/L时,CeO_2 NPs显著抑制拟南芥生长;200-500 mg/L CeO_2 Bulk处理下,拟南芥生物量有所增加,而无1000-3000mg/LCeO_2Bulk对拟南芥无明显影响。CeO_2NPs释放的Ce离子处理下,拟南芥生长良好,无毒害现象,确定引起植物毒性作用的是CeO_2NPs本身,与CeO_2 NPs释放的Ce离子无关。利用电感耦合等离子体质谱(Inductively coupled plasma mass spectrometry,ICP-MS)、TEM方法证实CeO_2 NPs、CeO_2 Bulk都能被拟南芥吸收积累,并从根部运输到地上部分。CeO_2 NPs的吸收积累量大于CeO_2 Bulk。Ce离子处理下拟南芥对Ce吸收量很少。通过TEM发现CeO_2 NPs处理下,拟南芥叶片中有大量沉积物存在,主要积累在细胞间隙,细胞壁附近。CeO_2 NPs能通过细胞壁进入细胞内,包围破坏并分解叶绿体,造成细胞损伤;而CeO_2 Bulk处理下,少量沉积物积累在叶片细胞中,对细胞并无明显伤害。2000 mg/L和3000 mg/L CeO_2 NPs处理下,拟南芥膜叶片脂过氧化程度严重,表现为MDA、H_2O_2含量急剧增加,并且拟南芥叶片中叶绿素含量急剧降低,植物受胁迫,PSⅡ实际光合效率降低,影响植物光合作用效率。而CeO_2 Bulk曝露对植物生长无影响。
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【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X171.5

【参考文献】

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本文编号：2468932