金属半导体纳米粒子对水培水稻幼苗的毒性及吸收转运规律

金属半导体纳米粒子由于其独特的理化性质被广泛应用于工业生产和科学研究,而遗留在水环境中的金属半导体纳米粒子对植物的危害程度和累积水平还有待研究和完善.本文以水稻为实验对象,通过水培试验研究了氧化铜纳米粒子(CuONPs)、氧化锌纳米粒子(ZnONPs)和硫化锌纳米粒子(ZnSNPs)在不同浓度(10、50和100 mg·L~(-1))下的植物毒性及其在水稻体内的吸收转运行为.纳米粒子悬浮液的粒径分布和Zeta电位分析结果表明,CuONPs在水中的分散性和稳定性高于ZnONPs和ZnSNPs.ZnONPs悬浮液中溶解的金属离子量高于CuONPs和ZnSNPs悬浮液.毒性实验结果表明,较高浓度(50和100 mg·L~(-1))的ZnONPs和CuONPs不同程度地阻碍了水稻幼苗的生长,增加了根系中丙二醛(MDA)的含量,降低了根系活力和叶片中的叶绿素含量.50和100 mg·L~(-1)的ZnONPs导致根系鲜重分别降低至对照组的47.3%和44.3%,100 mg·L~(-1)ZnONPs和CuONPs使根系活力由对照组的710.4μg·g-1·h~(-1)分别降低至150.0和481.9μg·g-1·h~(-1).ZnSNPs在实验设置浓度下体现了促进水稻生长的作用.10 mg·L~(-1)的ZnSNPs使地上部分鲜重增加到对照组的109.8%,100 mg·L~(-1)时使根系活力提高到了对照组的2倍.Zn的选择性吸收和生物转运系数均高于Cu,本研究结果证明了金属半导体纳米粒子的植物毒性和累积水平与纳米粒子在水中的理化性质及植物对不同毒物的反应程度有关.     

纳米颗粒对活性污泥系统的毒性效应和机制研究进展

纳米材料(NMs)被广泛运用在生产生活中,其独特的物理化学性质可能给环境带来潜在威胁。NMs在生产和使用过程中会以污水为载体进入市政污水处理设施中。当前纳米颗粒(NPs)毒性研究主要集中在NPs对模式微生物的毒性效应,而对污水生物处理影响和微生物毒性效应的报道较少。文章概括介绍了水环境中NPs的来源、行为,NPs对好氧、厌氧活性污泥系统的毒性效应及其致毒机制;总结了该领域的不足和以后的研究方向,以期为正确评估NPs对水处理的潜在风险和环境影响提供科学依据和支撑。     

镉、铜对植物细胞的毒性及元素吸收特性的影响

关于镉、铜对植物毒性研究多以植物个体或群体为对象,研究它们对植物生长、生理生化活动及遗传特性的影响。少数研究涉及到植物细胞水平,如镉损坏农作物细胞核的结构、延缓有丝分裂的正常进行、诱导染色体异常。 我们以高等植物细胞为试验材料、采用细胞培养法,研究了镉、铜对细胞增长的影响,以及在镉、铜污染条件下,细胞对元素的吸收、累积特性,以便为揭示镉、铜的植物毒性机理及耐性细胞株的选育提供理论依据。     

小麦和水稻对纳米硒的吸收和转运

通过水培试验,研究了不同粒径纳米硒(Se NPs)和不同p H条件对小麦(Triticum aestivum L.)及水稻(Oryza sativa L.)吸收、转运硒的影响.结果表明,小麦和水稻对不同粒径(50、100和150 nm) Se NPs的吸收规律不同. 24 h和72 h处理下,小麦根系对3种粒径Se NPs的吸收无显著差异,但其地上部中的硒含量(以干重计,下同)在50 nm Se NPs处理下达到最高,分别为(1. 89±0. 47)μg·g-1和(5. 18±1. 51)μg·g-1.硒在小麦体内的转运系数也在50 nm Se NPs处理24 h时显著高于其他粒径Se NPs处理2. 38倍(P 0. 05).对于水稻而言,50 nm Se NPs处理24 h时根系中的硒含量分别比100 nm和150 nm Se NPs处理增加了11. 18%和41. 81%,但在72 h时3种粒径Se NPs处理间根系对硒的吸收无显著差异.同时,硒在水稻中的地上部含量和转运系数也在50 nm Se NPs处理达到了最大值.另外,p H条件也会影响植物对硒的吸收和转运. Se NPs处理24h时,小麦根系在p H为6时对硒的吸收量最大,并高于亚硒酸盐处理89. 47%,但在p H为4时小麦对硒的转运能力最强.水稻在p H较低时(p H为3. 5和5. 5),对Se NPs的吸收量显著低于亚硒酸盐,且Se NPs在p H为3. 5时更易转运.以上结果表明水稻和小麦均可以吸收Se NPs,并且在p H较低的环境下Se NPs粒径越小越容易在植物体内转运.     

纳米颗粒在水环境中的团聚行为和毒性效应研究

随着纳米技术的快速发展,纳米颗粒以其特殊的物理化学性质在生产及生活的各个领域中被广泛使用。纳米颗粒具有较高的表面活性,会与环境中的物质发生相互作用造成表面结构的改变,从而对环境产生诸多影响。因此,纳米颗粒带来的健康风险及可能造成的环境危害,逐渐受到人们的关注。通过概述纳米颗粒的来源及性质,列举了几类应用较广的纳米颗粒的最新研究进展,总结了纳米颗粒在水环境中团聚的影响因素包括内部因素和外部环境因素,归纳了毒性效应及其检测技术,并探讨了纳米颗粒环境行为和毒性效应研究存在的问题。     

丛枝菌根影响纳米ZnO对玉米的生物效应

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)能被植物吸收、积累,随食物链进入人体而引起健康风险.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌可与陆地生态系统中绝大多数高等植物互惠共生,可能影响ENPs的生物效应.在温室土壤盆栽条件下研究了施加不同水平纳米ZnO(0、500、1000、2000、3000 mg·kg-1)和接种AM真菌Acaulospora mellea对玉米生长和营养状况的影响.结果表明,随土壤中纳米ZnO施加水平的增加,菌根侵染率和玉米生物量均呈降低趋势,根系总长、总表面积及总体积降低,植株体内Zn含量和吸收量逐渐增加,地上部分P、N、K、Fe、Cu吸收量逐渐降低.与对照相比,接种AM真菌均促进玉米的生长,改善P、N、K营养,根系总长、总表面积及总体积增加,并在施加纳米ZnO时增加Zn在玉米根系中的分配比例.本结果首次表明,土壤中纳米ZnO对丛枝菌根具有一定毒性,而接种AM真菌能够减轻其毒性,对宿主植物起到保护作用.     

纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化及生物效应研究进展

纳米金属颗粒的安全性是我国纳米产业发展亟需解决的重要课题,认识纳米金属颗粒在土壤-植物系统中的迁移转化和生物效应是其安全性研究的重要内容. 本文系统阐述了纳米金属颗粒在土壤中的迁移转化、在植物中的运输过程和机制以及在植物中的生物转化及其对植物的生物学效应,并在此基础上提出未来研究展望. 结果表明:①复杂的土壤环境(pH、离子强度、离子价态、温度、溶解性有机质)能够影响纳米金属颗粒在土壤中的迁移及其形态转化(吸附/解吸、分散/沉降、解离和氧化/还原);②纳米金属颗粒首先吸附在植物的根部,再通过质外体或共质体途经向植物内部转移,由木质部和韧皮部组成的维管系统进行转运;③根际分泌物以及植物体内的蛋白质与有机酸等对纳米金属颗粒在植物中的生物转化起到重要作用;④纳米金属颗粒可以通过引起氧化应激或抑制营养元素吸收对植物产生毒性效应. 为此,提出未来研究展望:建议重点关注纳米金属颗粒在土壤中形态转变过程的耦合效应,以及各赋存形态在植物体内的运输途径、生物转化过程机制及其对植物生物效应的贡献等.      

氧化铜纳米颗粒对水稻幼苗根系代谢毒性的研究

为阐明氧化铜纳米颗粒(CuO NPs)暴露对植物生长的影响,分别用CuO NPs悬浮液、氧化铜大颗粒(CuO BPs)悬浮液和硫酸铜(CuSO4·5H2O)溶液进行处理,以蒸馏水(d H2O)作为对照,水培水稻幼苗,研究了CuO NPs对水稻幼苗根系相关生理生化行为的影响.结果表明,不同处理对水稻幼苗根系的影响有很大差异,经CuO NPs悬浮液处理后,水稻幼根受损较严重,根系活力明显降低,根内丙二醛(MDA)含量和过氧化氢(H2O2)含量显著升高,超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化物酶(POD)活性明显增强.不同处理对水稻幼苗根的影响依次为:CuO NPs>CuSO4·5H2O>CuO BPs>d H2O.说明氧化铜纳米颗粒对水稻根的毒害作用不仅是由于释放离子引起的,纳米颗粒本身也起着重要作用,氧化损伤可能是CuO NPs的主要致毒机制之一.     

两种粒径氧化镍纳米颗粒对小球藻(Chlorella vulgaris)的生物毒性

采用藻类生物毒性测试方法(OECD201)研究了两种粒径氧化镍(NiO)纳米颗粒对小球藻(Chlorella vulgaris)的生物毒性.发现纳米颗粒的毒性与其尺度有关,7 nm NiO的毒性大于20 nm NiO,二者72 h EC50分别为18.01和74.64mgNiO/L.利用扫描电子显微镜(SEM)观察了对...     

人工纳米颗粒对水生生物的毒性效应及其机制研究进展

随着纳米科技的飞速发展和纳米产品的普及,人工纳米颗粒(NPs)的生物毒性效应研究逐渐成为国内外关注的热点.以水环境和水生生物为对象,综述了近几年来NPs对水生生物的毒性效应、毒性机制等方面的研究进展.文中按NPs的分类总结了NPs对微生物、藻类、原生动物和鱼类等水生生物的毒性效应,着重论述了NPs的可能毒性机制及其与NPs的独特物理化学性质之间的关系,并在细胞和分子水平上探讨了NPs的摄取、跨膜运输等方面的可能机制.在自然水体中,NPs因其化学行为受水化学条件等影响而表现出不同于实验室研究中的生物毒性效应,本文也对这方面的研究进行了讨论和总结.最后分析了目前水生生物纳米毒性研究中的瓶颈和方法、技术方面的问题,并对以后应注重开展的研究进行了展望.     

纳米氧化锌、硫酸锌和AM真菌对玉米生长的影响

纳米氧化锌(Zn O)是应用最为广泛但具有一定生物毒性的金属型纳米颗粒(nanoparticles,NPs)之一,而丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌能改善宿主植物矿质营养和增强宿主植物抗逆性,但纳米Zn O和其他锌污染物之间的关系以及AM真菌对其生物效应的影响目前尚不清楚.通过温室盆栽试验,研究了单一或复合施加纳米Zn O、ZnSO_4(500mg·kg~(-1))时接种AM真菌Funneliformis mosseae BEG 167对玉米生长的影响.结果表明,纳米Zn O对AM真菌侵染和玉米植株生长有一定抑制作用,表现出植物毒性,且与同浓度(500 mg·kg~(-1))下的ZnSO_4作用类似.与非菌根对照相比,接种AM真菌降低了玉米植株的Zn含量或Zn吸收量,且在复合处理中对玉米生长表现出较好的促生作用.结果首次表明,纳米ZnO与ZnSO_4在生物毒性上存在复杂的交互作用,而接种AM真菌在二者复合污染时对玉米具有一定的保护作用.     

人工纳米颗粒在水体中的行为及其对浮游植物的影响

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)因其特殊的尺寸效应及良好的光学、磁学等性质,已被广泛应用于医药、生物成像以及工业产品等领域.在生产、使用和排放的过程中,ENPs通过不同途径不可避免地进入水体,因此ENPs在水体中的行为和生物安全性也引起了人们的极大关注.在水生生态系统中,浮游植物作为初级生产者,为自身以及其他营养级生物提供营养物质、能量和氧气,因此受到ENPs的影响是难以估算的.近年来已有大量的研究证实ENPs对生物有毒性效应,但ENPs进入浮游植物体内的机制以及ENPs在浮游植物体内的生物运输和转化的报道较少,并且这方面的机制仍不甚明确.本文重点介绍了纳米材料进入水体的途径,在水体中的行为以及对浮游植物的生物效应的最新研究进展,但这方面的机制研究需要进一步深入.     

多环芳烃在冬小麦体内的吸收与转运及富集研究进展

多年来以煤炭为主的能源消费结构和经济社会持续发展,导致我国PAHs(多环芳烃)排放量居高不下,直接造成土壤和大气PAHs严重污染.为了探明PAHs在冬小麦体内的积累过程和调控机制,在系统分析PAHs在冬小麦体内的吸收、转运和富集的基础上,重点阐述了冬小麦PAHs根系吸收和叶面吸收影响因素方面的最新研究进展.研究发现:① 小麦根系对PAHs的吸收包括主动吸收和被动吸收两种方式,其中主动吸收是一个载体协助、消耗能量、PAHs与H+共运的过程;被动吸收除了在高等植物中普遍存在的简单扩散外,水-甘油通道也参与了该过程. ② PAHs通过气态、颗粒态沉降到小麦叶面角质层或直接通过气孔进入叶片. ③ 影响PAHs根系和叶面吸收的主要因素包括PAHs理化性质、植物生理状况、环境因素等. ④ 小麦根系吸收的PAHs可以向地上部转运,并且与辛醇-水分配系数(K_OW)、蒸腾速率、土壤中氮的形态和浓度有关.主要问题:① 对于小麦叶片吸收的PAHs向基运输机理有待进一步研究. ② 农田生态系统中冬小麦往往遭受土壤及大气双重污染,根系吸收及叶面吸收分别对其体内积累PAHs的贡献尚不清楚.因此,需关注韧皮部、木质部在PAHs转运中所起的作用;利用同位素示踪、双光子激发显微镜等先进技术观察和跟踪PAHs如何进入小麦以及在小麦叶中的转移和分布,阐明PAHs叶面吸收的微观机理;注重大田试验研究,为揭示冬小麦对PAHs的吸收、积累及调控机理,同时也为有机污染地区生产安全农产品提供重要依据.      

苗期小麦和水稻对硒酸盐/亚硒酸盐的吸收及转运机制

采用营养液培养方法研究了苗期小麦和水稻对硒酸盐(Na2SeO4)和亚硒酸盐(Na2SeO3)的吸收及转运机制.营养液中供给Na2SeO4时,正常培养的水稻地上部和根中硒的含量分别30.3 mg·kg-1和39.0 mg·kg-1,水稻吸收的硒有80%从根转移到了地上部;小麦地上部和根中硒的含量分别为1.76 mg·kg...     

不同磷水平下丛枝菌根真菌对纳米氧化锌生物效应的影响

纳米ZnO颗粒是应用最为广泛金属型纳米颗粒(nanoparticles,NPs)之一,对作物和土壤微生物的影响值得关注.丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)是自然界中普遍存在的植物-真菌共生体,对各种环境胁迫具有一定的抵御能力,但菌根效应受土壤和植物磷含量的影响.分别设置0、20、50、100 mg·kg~(-1)这4个磷水平,在接种或不接种AM真菌Funneliformis mosseae、添加或不添加纳米ZnO(500 mg·kg~(-1))条件下在温室中利用玉米进行土壤盆栽试验.结果表明,纳米ZnO没有显著影响玉米生长,但不利于菌根侵染和磷素吸收,并引起锌在植物体内的积累.纳米ZnO和高磷降低玉米菌根侵染,但AM真菌在所有磷水平下均显著促进植物生长.施磷和接菌均可使土壤p H升高、降低纳米ZnO源锌的生物有效性,从而降低锌向玉米地上部分的转运和积累,体现出一定保护作用.接菌在多数情况下显示出积极的菌根效应,尤其在低磷、添加纳米ZnO条件下更为显著.结果首次表明,AM真菌、磷肥均有助于减轻纳米ZnO引起的土壤污染及其所产生的生态和健康风险.     

Phytotoxicity of four herbicides on Ceratophyllum demersum, Vallisneria natans and Elodea nuttallii

The physiological effects of 4 herbicides (butachlor, quinclorac, bensulfuron-methyl and atrazine) on 3 submerged macrophytes (Ceratophyllum demersum, Vallisneria natans and Elodea nuttallii) were tested in laboratory conditions. The variables of the relative growth rate and the photosynthetic pigments content showed that all of the tested herbicides affected the growth of the plants obviously. The abnormal growth of the plants was observed in most treatment groups, even at the lowest concentration (0.0001 mg/L). Except for the C. demersum treated with quinclorac at 0.005 and 0.01 mg/L, the relative growth rates of the plants were inhibited significantly (p < 0.05). Statistical analysis of Chl-a content was carried out with both the t-test and one-way ANOVA to determine the difference between the treatment groups and control. The results showed that Chl-a contents of the plants in all treatment groups were affected by herbicides significantly, except for the C. demersum treated with bensulfuron-methyl at 0.0005 mg/L. The decrease content in Chl-a was positively correlated to the dosage of the herbicides in most treatment groups. It was suggested that herbicides in water body might potentially affect the growth of aquatic macrophytes. Since the Chl-a content of submerged macrophytes responded to the stress of herbicides sensitively and directly, it could be used as biomaker in environmental monitoring or in the ecological risk assessment of herbicide contamination.     

酸化土壤中铝及其植物毒性

本文综述了(1)影响土壤酸化的因素和铝的活化过程;(2)铝对植物的毒害症状,植物对铝的相对抗性以及铝的形态与植物毒性的关系;(3)影响铝毒性的外界因素如磷、钙和有机质;(4)铝的毒性机理,铝可能作用于生物膜、钙调素、DNA和ATP。最后提出了一些铝质土壤的改良措施。     

不同作物对外源硒动态吸收、转运的差异及其机制

查明作物硒吸收、转运随生育期的动态变化,有助于更好地了解硒在土壤-植物系统中的迁移进而对其有效性进行调控.本文采用盆栽试验,研究了6种不同作物在8周生长期内对外源硒酸盐和亚硒酸盐的动态吸收和转运差异及可能机制.结果表明,作物对硒酸盐和亚硒酸盐的动态吸收规律显著不同.硒酸盐处理作物地上部和根部硒含量从种植3周后持续下降;而亚硒酸盐处理作物根部硒含量随生长逐步上升,地上部硒含量随生长呈先上升后平稳或下降的趋势.两种硒处理在整个作物生长期内都有硒的累积,但植物体内80%的硒源于前6周的吸收.6种作物相比,硒酸盐处理芥菜地上部和根部硒含量最高,小麦地上部次之,亚硒酸盐处理,胡萝卜地上部硒含量最高,地下硒含量最小,而相同硒处理菜薹、紫甘蓝和绿菜花地上部和根部硒含量相近.绿菜花、紫甘蓝、菜薹、芥菜和小麦对硒酸盐的转运明显高于亚硒酸盐,胡萝卜对两种硒的转运能力相当.生物稀释作用影响作物硒含量的动态变化,尤以硒酸盐处理最为明显,供试植物硒含量与其干重呈显著负相关,但生物量改变引起的稀释作用并不能解释其对两种价态硒截然相反的吸收规律.进一步分析发现,硒酸盐处理6种作物硒累积量与作物生长期土壤有效硒改变量呈显著正相关（P<0.05）,但亚硒酸盐处理却未发现此结果;6种作物硒累积量仅占亚硒酸盐处理土壤有效硒的0.5%~18.1%,而硒酸盐处理除胡萝卜外5种作物硒累积总量为土壤有效硒量的1.1~4.5倍,由此可见,作物对外源硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异是作物硒吸收和转运能力、土壤供硒能力及生物稀释综合作用的结果,在作物硒的强化中应该综合考虑.