CuO纳米颗粒对三种拟南芥毒性效应的比较研究

摘要

近年来，由于人工纳米颗粒(Engineering Nanoparticles，ENPs)独特的物理化学性质，导致了其在工业和日常生活中的广泛应用，例如用于建筑涂料、陶瓷制品、纺织品、医药、化妆品、环境修复等行业。应用增多必然会导致越来越多的ENPs的释放，进入到水体和土壤环境，也极大增加人类接触ENPs的可能性，其潜在危害不容忽视。已有研究表明，ENPs能够对细菌等微生物、藻类、浮萍、贻贝、鱼类及无脊椎动物产生毒性效应。植物作为生产者，在环境生态系统循环中起非常重要的作用。对外源污染物环境效应的研究也常采用植物作为受试生物之一。因此，研究ENPs在环境中的化学行为及其对植物的毒性效应对于ENPs的环境风险评价具有重要科学意义。
　　 本研究选择3种生态型的拟南芥作为受试生物，采用溶液培养的方式，探讨ENPs在水环境中对植物生长的影响，比较研究ENPs对它们的毒性效应，筛选出对ENPs最为敏感的生态型；在此基础上研究了ENPs在植物体中的生物积累。本研究为后续开展ENPs的植物分子致毒机制研究提供基础数据。
　　 本文首先研究了CuO ENPs对种子萌发时期的种子发芽率、发芽势和发芽指数的影响。结果表明在实验设置的浓度范围内，高浓度的CuO ENPs会减缓Co1-0生态型的发芽过程，但是对3种生态型种子发芽率不会产生显著影响。接着通过溶液培养方式，比较研究了CuO ENPs对3种生态型拟南芥幼苗生长的影响。研究发现CuO ENPs会抑制幼苗根伸长和拟南芥幼苗的生长，导致幼苗生物量的下降，致使幼苗期根系形态异常，表现为根变短变粗，根表面积和体积减小，根尖数减少。3种生态型中，Bay-0生态型的根系形态受CuO ENPs的影响最大。CuOENPs处理还会抑制叶片生长，和对照相比，叶面积减小。CuO ENPs对Bay-0和Ws-2生态型叶面积影响最大且作用大小接近，而对Co1-0生态型叶面积影响不大。
　　 综合分析得出，Bay-0生态型受CuO ENPs的影响较大，确定为对CuO ENPs最敏感的生态型。因此将它作为受试生物研究幼苗对CuO ENPs的吸收。研究表明，CuO ENPs处理下拟南芥幼苗地上部和根部的总铜含量显著升高，50 mg/L，CuO ENPs处理下幼苗根部的铜含量约为对照处理的22倍；且幼苗地上部的铜含量约为空白对照的20倍，是0.15mg/L Cu2+处理下幼苗地上部铜含量的1.5倍。说明CuO ENPs能够以一定方式进入到植株体中。进一步算得幼苗暴露在50mg/LCuO ENPs时，铜从拟南芥幼苗根到地上部的转运系数(TF)仅为0.028，说明CuO ENPs被拟南芥从根部迁移到地上部的能力不大，但是也会最终影响到植物地上部的生长。