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几种典型人工纳米颗粒对高等植物的毒性效应研究

作　者: 于晓莉
导　师: 王震宇
学　校: 中国海洋大学
专　业: 环境科学
关键词: 纳米颗粒抗氧化酶活性脂质过氧化玉米
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着纳米技术的飞速发展,纳米材料在涂料、颜料、陶瓷、防晒化妆品、空气净化、污水处理、抗菌除毒、食品包装、抗癌以及各种电子产品等方面已被广泛应用。然而,已有研究表明,一些纳米颗粒对环境和人体健康均会带来一定的负面影响。这主要是由于纳米颗粒具有显著的配位、极性、亲脂特性,比表面积大,粒子表面的原子数多,周围缺少相邻原子以及存在许多空键,故其具有很强的吸附能力和很高的化学活性,更容易与有机体作用产生细胞或组织损伤。近年来,人们对于纳米颗粒进入环境后所带来的风险和益处存在着广泛的争论,为了评价纳米颗粒对生态系统和人类健康的潜在危害,研究者们对纳米颗粒的生态效应越来越关注。纳米颗粒在环境中存在的浓度一般较低,但它们一旦被生物体吸收后,即可在特定组织或器官内不断积累,最终产生显著毒性效应。而植物是自然界的生产者,也是生物蓄积的起点。纳米颗粒通过食物链逐级高位富集,可导致高级生物的毒性效应。在较多学者研究纳米颗粒对动物或菌类的影响的同时,关于纳米颗粒对植物生长的影响的研究还很有限。关于纳米颗粒对植物的种子发芽率、根伸长和新陈代谢等生长情况的影响,以及其在植物体的吸收迁移、生物可利用性以及生物富集已有零星报道。本研究的目的是通过研究人工合成纳米颗粒对玉米幼苗生物量、根系形态、抗氧化酶活性、脂质过氧化的影响以及纳米颗粒在植物体的分布和转运,探讨纳米颗粒对高等植物生长的影响机制。本文首先对比研究了纳米TiO2和多壁碳纳米管(MWCNTs)对油菜、黄瓜和玉米的发芽率的抑制作用。结果表明,在受试的植物中,纳米TiO2对玉米的抑制作用最强,半效应浓度(EC50)为100mg/L,因此选用玉米作为下一步纳米颗粒植物毒性的研究植物。研究发现纳米TiO2能显著抑制玉米幼苗植株的生长,且随着纳米TiO2浓度的增大,植株生物量和根系形态呈下降趋势：而MWCNTs刘植株生长的抑制效应不明显。在两种不同晶型(金红石相DJ3和锐钛矿相HR3)纳米TiO2处理下,玉米生物量和根系形态呈下降趋势,叶绿素含量显著减少,而微米级TiO2对玉米幼苗生长没有毒性效应。纳米TiO2处理下,玉米幼苗的生长受到明显抑制,表现为植株叶片发黄、植株矮缩,根尖细胞膜损伤,细胞器减少,细胞出现空泡。进一步的研究表明,纳米金属氧化物CuO(粒径<10nm)和TiO2(粒径<50nm)的毒性效应是纳米颗粒自身产生的,与金属离子的释放无关；通过引起植物细胞内活性氧自由基(ROS)含量的变化,进而导致超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化体系酶活性的应激变化,最终对植物细胞造成过氧化损伤,导致脂质过氧化。因此,过氧化损伤可能是金属氧化物纳米颗粒抑制植物生长的主要机制之一。另外,通过透射电镜观察,发现纳米CuO能够进入玉米根细胞膜和细胞壁,并且能够向上运输至植株地上部。纳米Ag能够进入植物根细胞。这些结果为研究纳米颗粒在植物体的吸收、迁移和蓄积提供了重要的理论依据。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
0 前言  11-13
1 绪论  13-25
  1.1 研究背景与意义  13
  1.2 纳米颗粒的定义、种类及应用  13-17
    1.2.1 纳米颗粒的提出及其定义  13-14
    1.2.2 纳米颗粒的种类  14-15
    1.2.3 纳米颗粒的特点  15-16
    1.2.4 纳米颗粒的应用  16-17
  1.3 纳米颗粒植物毒性研究现状  17-22
    1.3.1 纳米颗粒对植物生长的影响  17-20
    1.3.2 纳米颗粒植物毒性的机理  20-21
    1.3.3 影响纳米颗粒植物效应的因素  21-22
  1.4 纳米颗粒在植物体的吸收和运移研究现状  22-23
  1.5 研究目的与内容  23-25
    1.5.1 问题的提出  23
    1.5.2 研究目的  23-24
    1.5.3 研究内容  24
    1.5.4 研究技术路线  24-25
2 几种典型人工纳米颗粒对植物的毒性效应  25-34
  2.1 引言  25
  2.2 材料与方法  25-26
    2.2.1 材料  25
    2.2.2 实验方法  25-26
    2.2.3 分析方法  26
  2.3 结果与讨论  26-33
    2.3.1 纳米颗粒对植物发芽率的影响  26-27
    2.3.2 纳米颗粒对幼苗生物量的影响  27-29
    2.3.3 纳米颗粒对幼苗根系形态的影响  29-30
    2.3.4 纳米颗粒对植物叶绿素含量的影响  30-31
    2.3.5 纳米颗粒对植物含水量的影响  31-32
    2.3.6 纳米颗粒对植物根细胞亚显微结构的影响  32-33
  2.4 小结  33-34
3 纳米颗粒抑制高等植物生长机理的初步研究  34-46
  3.1 引言  34
  3.2 村料与方法  34-35
    3.2.1 材料  34
    3.2.2 实验方法  34-35
  3.3 结果与讨论  35-44
    3.3.1 纳米金属氧化物颗粒析出的金属离子毒性  35-37
    3.3.2 纳米颗粒对玉米抗氧化酶活性的影响  37-40
    3.3.3 纳米颗粒对植物的氧化损伤  40-44
    3.3.4 纳米颗粒对植物根细胞膜完整性的影响  44
  3.4 小结  44-46
4 纳米颗粒在植物体的分布和转运  46-53
  4.1 引言  46
  4.2 材料与方法  46-48
    4.2.1 材料  46-47
    4.2.2 植物培养方法  47
    4.2.3 取样方法  47
    4.2.4 分析方法  47-48
    4.2.5 测定方法  48
  4.3 结果与讨论  48-52
    4.3.1 植物体对纳米颗粒的吸收  48-49
    4.3.2 纳米颗粒在植物体的分布  49-52
    4.3.3 纳米颗粒在植物体的转运  52
  4.4 小结  52-53
5 结论与展望  53-55
参考文献  55-59
致谢  59-60
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  60

几种典型人工纳米颗粒对高等植物的毒性效应研究

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