溶解性有机质影响下氧化铜纳米颗粒对水稻根的致毒机制

摘要

人工纳米颗粒(Nanoparticles，NPs)在生产、运输、使用和处置等过程中，会不可避免地进入到环境中，给生物体带来危害。近年来，许多研究从种子发芽、根伸长、生物量等植物生长相关指标考察了各种NPs对植物的毒性效应，但NPs对植物的致毒机制尚不明确。水体和土壤中广泛存在的溶解性有机质(Dissolvedorganicmatter，DOM)会与NPs相互作用，影响NPs的环境行为和生态效应，但DOM对NPs植物毒性的影响及其机制还有待探究。本论文以水稻(OryzasativaL.)作为受试植物，研究胡敏酸（HA，一种典型DOM）影响下，CuONPs对水稻根的影响及其致毒机制。取得以下主要的研究成果:
　　CuONPs在中性超纯水中易发生团聚，平均水力直径超过600nm，颗粒表面带正电荷，悬浮液稳定性低，100mg/LCuONPs可溶出约0.13mg/L的Cu2+;HA的加入使CuONPs的团聚现象减弱，平均水力直径减小，Zeta电位变为负值，且绝对值增大，悬浮液稳定性增强，并促进悬浮液中Cu2+的析出。
　　CuONPs处理抑制水稻根伸长(EC50∶8.9mg/L)，导致根尖组织及细胞结构破坏，质膜通透性增强和细胞死亡率增大;添加HA显著减轻CuONPs对根伸长、根尖结构和细胞活力的不利影响，并降低水稻根/芽中Cu的含量，这是由于HA被吸附到CuONPs表面并增强其的电负性，从而增大CuONPs与根细胞间的空间位阻和静电排斥，抑制CuONPs的植物吸收及其对根细胞的毒害。
　　与CuONPs相比，CuO大颗粒(Bulkparticles，BPs)和当量的Cu2+溶液对根伸长和细胞活力无显著影响，表明CuONPs对水稻根的毒性来自CuONPs自身的纳米效应而非其释放出的Cu2+;进一步研究发现，CuONPs处理导致水稻根内活性氧(ROS)累积，丙二醛(MDA)含量增大，线粒体膜电位(△Ψm)下降及程序性细胞死亡（Programmedcelldeath，PCD），说明ROS介导的细胞膜损伤、线粒体功能紊乱和PCD是CuONPs对水稻根的重要致毒机制;由于HA的存在明显抑制CuONPs导致的ROS产生和氧化胁迫，所以，HA对ROS的清除是其缓解CuONPs对水稻根的毒性的另一种可能机制。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 NPs概述

1．1．1 NPs的定义和特点

1．1．2 NPs的种类和应用

1．1．3 NPs进入环境的途径及其环境特性

1．2 NPs植物毒性研究现状

1．2．1 NPs对植物生长和发育的影响

1．2．2 NPs对植物细胞和基因的毒性

1．2．3 NPs植物毒性机理

1．2．4 影响NPs植物效应的因素

1．3 DOM对NPs毒性的影响研究现状

1．3．1 DOM概述

1．3．2 DOM对NPs生物毒性的影响

1．4 研究意义及内容

1．4．1 立题依据

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

2 CuO NPs基本理化性质表征

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 材料

2．2．2 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 CuO NPs的颗粒形态和分散状态

2．3．2 CuO NPs的水力直径与悬浮液稳定性

2．3．3 CuO NPs悬浮液中溶出的Cu2+浓度

2．4 小结

3 DOM影响下CuO NPs对水稻根的毒性效应

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 材料

3．2．2 实验方法

3．2．3 分析方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 DOM影响下CuO NPs对根伸长的抑制效应

3．3．2 CuO NPs对水稻根尖解剖与超微结构的影响

3．3．3 CuO NPs对根细胞质膜通透性与细胞死亡率的影响

3．4 小结

4 CuO NPs对水稻根的毒性机理：DOM的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 材料

4．2．2 实验方法

4．2．3 分析方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 CuO NPs、BPs与Cu2+毒性效应比较

4．3．2 根内ROS与脂质过氧化水平的变化

4．3．3 根细胞线粒体膜电位的变化与程序性细胞死亡

4．3．4 水稻根／芽中Cu的累积量

4．3．5 HA缓解CuO NPs植物毒性的机理

4．4 小结

5 结论、创新点与展望

5．1 研究结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

个人简历及攻读硕士期间的科研成果