小麥根系在納米銀及其與銀離子共存條件下對銀的吸收研究

小麥根系在納米銀及其與銀離子共存條件下對銀的吸收研究目前國內(nèi)對于納米材料的研究如火如荼,但是對于植物與納米銀（AgNPs）相互作用的研究還很有限。AgNPs在消費品中的廣泛應(yīng)用,使之易進入環(huán)境并對植物及人體產(chǎn)生危害。本文以AgNPs與小麥為研究對象,重點考察小麥對AgNPs顆粒的吸收與積累及其吸收速率常數(shù):研究了脫氧與空氣暴露對AgNPs溶出的影響;分析了小麥根系分泌物對AgNPs溶出的影響;探究了小麥在脫氧與空氣暴露條件下對AgNPs顆粒及其與Ag⁺共存狀態(tài)下吸收的規(guī)律;分析了半胱氨酸對AgNPs或者Ag⁺的解毒作用,并計算小麥對AgNPs顆粒及Ag⁺的吸收速率常數(shù);建立了小麥在AgNPs溶液中吸收并積累Ag的吸收模型。主要的研究成果如下:探究了溶解氧對AgNPs溶出的影響。溶解氧對于AgNPs溶出的影響有助于更好的評價其在土壤或者水體中的生物有效性及毒性。通過脫氧和空氣暴露的實驗發(fā)現(xiàn),AgNPs在脫氧條件下150min內(nèi)溶出的Ag⁺濃度沒有顯著性差別（p>0.05）,維持在一個穩(wěn)定的水平(4μg·L^-1以下)。但是,在空氣暴露下AgNPs溶出的Ag⁺不斷增加,在150min時達到了25.9μg·L^-1。這說明氧氣能夠顯著影響AgNPs的溶出。同時,這也為區(qū)分AgNPs顆粒和Ag⁺提供了一個新的方法。研究了小麥根系分泌物對AgNPs溶出的影響。實驗通過營養(yǎng)液提取小麥的根系分泌物溶液。將AgNPs與根系分泌物在脫氧條件下進行混合,討論不同濃度根系分泌物對AgNPs溶出的影響。研究發(fā)現(xiàn)在低濃度的根系分泌物溶液中(0.5-10mg·L^-1,以TOC計),根系分泌物對AgNPs的溶出表現(xiàn)出了一定的抑制作用（p>0.05）,在高濃度的根系分泌物溶液中(20-40mg·L^-1),AgNPs溶出更多的Ag⁺（p<0.05）,并在12h后趨于穩(wěn)定。這可能是因為根系分泌物中存在有機質(zhì),高濃度下有機質(zhì)與Ag⁺的結(jié)合破壞了AgNPs溶出的平衡,促進了AgNPs更多的溶出;低濃度下有機質(zhì)與Ag⁺的少量的結(jié)合,不會破壞AgNPs溶出的平衡,從而導(dǎo)致溶液中Ag⁺濃度下降。實驗條件下,小麥分泌的根系分泌物濃度約為0.82mg·L^-1,不會對AgNPs的溶出產(chǎn)生顯著性的影響?？疾炝诵←溤诿撗鹾涂諝獗┞稐l件下對AgNPs顆粒的吸收和積累。葉綠素?zé)晒鈪?shù)和SEM微觀結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn),脫氧和空氣暴露不會對小麥的生理特征產(chǎn)生影響。在小麥脫氧暴露實驗中,發(fā)現(xiàn)脫氧條件下一系列濃度AgNPs溶液(0.1、1、4、10mg·L^-1)中AgNPs顆粒占據(jù)大多數(shù),而Ag⁺濃度低于4μg·L^-1,由2-10μg·L^-1的Ag⁺暴露實驗可知,4μg·L^-1以下的Ag⁺濃度不會對小麥組織內(nèi)積累Ag產(chǎn)生顯著性影響。這說明小麥能夠從溶液中吸收AgNPs顆粒,并在體內(nèi)積累。同時,在10mg·L^-1的AgNPs顆粒暴露下的小麥地上部中檢測到了1.75μg·g^-1的Ag,這說明AgNPs顆粒能夠在植物體內(nèi)進行遷移。相比脫氧暴露,空氣暴露下小麥對Ag的吸收和積累有明顯的升高。在0.1-1mg·L^-1濃度下,AgNPs顆粒對小麥總積累Ag的貢獻率約為30%,而在4-10mg·L^-1濃度下,貢獻率上升到了50%左右。這說明低濃度AgNPs暴露下,植物對Ag⁺的吸收可能占主導(dǎo)作用,隨著濃度的升高,植物對于AgNPs顆粒的吸收越來越多。通過半胱氨酸（L-cysteine）絡(luò)合溶液中的Ag⁺,降低Ag⁺的生物有效性和毒性,從而探究小麥對AgNPs顆粒的吸收和積累。通過測定AgNPs、AgNO₃、AgNPs-cysteine、AgNO₃-cysteine溶液暴露下小麥體內(nèi)的過氧化氫酶（CAT）和丙二醛（MDA）指標(biāo),發(fā)現(xiàn)L-cysteine能夠有效的緩解Ag⁺的毒性,卻不能緩解AgNPs顆粒的毒性。AgNPs、AgNO₃、AgNPs-cysteine、AgNO₃-cysteine溶液暴露下小麥組織內(nèi)濃度的變化表明,小麥對于AgNPs和Ag⁺的吸收機制不同,且小麥可以吸收AgNPs顆粒。半胱氨酸不僅可以減少Ag⁺的毒性,而且可以減少小麥對Ag⁺的吸收。小麥對AgNPs暴露液中不同形態(tài)Ag（即溶解態(tài)Ag⁺、AgNPs顆粒和Ag-cysteine）的吸收速率常數(shù)不同:k_u,diss(275.4L·kg^-1·h^-1)>k_{u,Ag-cysteine}(210.8L·kg^-1·h^-1)>k_u,NP(1.6L·kg^-1·h<sup>-1</sup