磁性四氧化三铁纳米颗粒对黄瓜和小麦的生理学效应及其对重金属毒性的缓解作用

发布时间：2018-04-11 07:58

本文选题：磁性四氧化三铁纳米颗粒 + 生理毒性　；参考：《中国农业大学》2017年博士论文

【摘要】：未来几年中,人工纳米材料预期将会被大规模生产并广泛投入应用,因此在其生产、使用和处理过程中不可避免会被释放到环境中并与植物相互作用。本篇论文旨在研究磁性四氧化三铁纳米颗粒(Fe_3O_4nanoparticles,nano-Fe_3O_4)对黄瓜和小麦的生理学效应。本研究以维生素C或乙二醇为还原剂,分别制备获得粒径为6 nm、50 nm和100 nm的nano-Fe304。我们对获得的nano-Fe_3O_4产物使用以下方法进行表征:透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)、扫描电子显微镜(Scanning electron microscopy,SEM)、X 射线粉末衍射(X-ray powder diffraction,XRD)、热重分析(Thermogravimetric analysis,TGA)、振动样品磁强计(Vibrating sample magnetometer,VSM)以及傅里叶变换红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)。50 mg/L的nano-Fe_3O_4产物以及bulk-Fe_3O_4的平均粒径、粒径分布以及Zeta电位由动态光散射(Dynamic light scattering,DLS)测定。合成并表征材料后,本论文重点开展了以下两个方面的工作:1.Nano-Fe_3O_4(6 nm,50 nm,100 nm)和 bulk-Fe_3O_4 对黄瓜(Cucumis sativus L)和小麦(Triticum aestivum L)植株在水培条件下的毒性效应依据以下指标进行评价:生长参数、生物量、TEM切片、抗氧化酶活性以及丙二醛含量。结果显示在不同粒径的nano-Fe304中,仅有小粒径(6 nm)的nano-Fe304会对黄瓜和小麦的鲜重和干重生物量产生显著的抑制效应。Nano-Fe_3O_4和bulk-Fe_3O_4处理黄瓜和小麦21天后均会造成更强的氧化损伤。最低浓度50 mg/L nano-Fe304(6 nm)处理黄瓜21天后,植株生物量及酶活与对照组相比均显著降低。然而,高浓度2000 mg/L nano-Fe_3O_4(6 nm)组的生物量和酶活(SOD和POD)均比对照组有显著升高。不同粒径nano-Fe304和bulk-Fe304对植物的毒性可能依赖于其化学组成、结构特性、粒径、处理浓度、时间以及植物种类。2.为研究nano-Fe_3O_4和bulk-Fe_3O_4对重金属毒性效应的影响,本论文进行了两项黄瓜和小麦的萌发实验。我们首先评估了在黄瓜和小麦萌发期nano-Fe_3O_4(6 nm,50 nm,100 nm)和bulk-Fe304对Cd毒性的影响。实验处理包括四种浓度(0,50,500,and 2000 mg/L)的nano-Fe_3O_4和bulk-Fe_3O_4与25mg/l的Cd。结果显示,仅有nano-Fe_3O_4(6nm)显著降低了黄瓜和小麦对Cd的蓄积、Cd导致种子萌发的抑制效应以及幼苗中的氧化损伤。接下来为了研究nano-Fe304(6 nm)是否可以减少其他重金属的毒性,我们考察了其对四种重金属(Pb,Zn,Cd和Cu)造成黄瓜和小麦幼苗毒性效应的缓解作用。实验处理包括2000 mg/L的nano-Fe_3O_4(6 nm),1 mM和10 mM的重金属。结果显示,nano-Fe_3O_4未能改变高浓度(10 mM)重金属对黄瓜和小麦幼苗的毒性,然而可以显著降低低浓度(1 mM)重金属对黄瓜和小麦幼苗造成的生长抑制效应,并激活保护机制缓解了重金属造成的氧化损伤。Nano-Fe_3O_4(6 nm)对重金属造成氧化损伤的缓解作用与其对重金属的吸附能力有关,同时也与其可以提高抗氧化酶的活性有关。我们的结果可能暗示磁性纳米颗粒存在一个尺寸和物种依赖性的保护效应,与重金属对幼苗的毒性起到拮抗作用。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X171.5;S642.2;S512.1

【参考文献】