小麦根系在纳米银及其与银离子共存条件下对银的吸收研究

小麦根系在纳米银及其与银离子共存条件下对银的吸收研究目前国内对于纳米材料的研究如火如荼,但是对于植物与纳米银（AgNPs）相互作用的研究还很有限。AgNPs在消费品中的广泛应用,使之易进入环境并对植物及人体产生危害。本文以AgNPs与小麦为研究对象,重点考察小麦对AgNPs颗粒的吸收与积累及其吸收速率常数:研究了脱氧与空气暴露对AgNPs溶出的影响;分析了小麦根系分泌物对AgNPs溶出的影响;探究了小麦在脱氧与空气暴露条件下对AgNPs颗粒及其与Ag⁺共存状态下吸收的规律;分析了半胱氨酸对AgNPs或者Ag⁺的解毒作用,并计算小麦对AgNPs颗粒及Ag⁺的吸收速率常数;建立了小麦在AgNPs溶液中吸收并积累Ag的吸收模型。主要的研究成果如下:探究了溶解氧对AgNPs溶出的影响。溶解氧对于AgNPs溶出的影响有助于更好的评价其在土壤或者水体中的生物有效性及毒性。通过脱氧和空气暴露的实验发现,AgNPs在脱氧条件下150min内溶出的Ag⁺浓度没有显著性差别（p>0.05）,维持在一个稳定的水平(4μg·L^-1以下)。但是,在空气暴露下AgNPs溶出的Ag⁺不断增加,在150min时达到了25.9μg·L^-1。这说明氧气能够显著影响AgNPs的溶出。同时,这也为区分AgNPs颗粒和Ag⁺提供了一个新的方法。研究了小麦根系分泌物对AgNPs溶出的影响。实验通过营养液提取小麦的根系分泌物溶液。将AgNPs与根系分泌物在脱氧条件下进行混合,讨论不同浓度根系分泌物对AgNPs溶出的影响。研究发现在低浓度的根系分泌物溶液中(0.5-10mg·L^-1,以TOC计),根系分泌物对AgNPs的溶出表现出了一定的抑制作用（p>0.05）,在高浓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后趋于稳定。这可能是因为根系分泌物中存在有机质,高浓度下有机质与Ag⁺的结合破坏了AgNPs溶出的平衡,促进了AgNPs更多的溶出;低浓度下有机质与Ag⁺的少量的结合,不会破坏AgNPs溶出的平衡,从而导致溶液中Ag⁺浓度下降。实验条件下,小麦分泌的根系分泌物浓度约为0.82mg·L^-1,不会对AgNPs的溶出产生显著性的影响。考察了小麦在脱氧和空气暴露条件下对AgNPs颗粒的吸收和积累。叶绿素荧光参数和SEM微观结构分析发现,脱氧和空气暴露不会对小麦的生理特征产生影响。在小麦脱氧暴露实验中,发现脱氧条件下一系列浓度AgNPs溶液(0.1、1、4、10mg·L^-1)中AgNPs颗粒占据大多数,而Ag⁺浓度低于4μg·L^-1,由2-10μg·L^-1的Ag⁺暴露实验可知,4μg·L^-1以下的Ag⁺浓度不会对小麦组织内积累Ag产生显著性影响。这说明小麦能够从溶液中吸收AgNPs颗粒,并在体内积累。同时,在10mg·L^-1的AgNPs颗粒暴露下的小麦地上部中检测到了1.75μg·g^-1的Ag,这说明AgNPs颗粒能够在植物体内进行迁移。相比脱氧暴露,空气暴露下小麦对Ag的吸收和积累有明显的升高。在0.1-1mg·L^-1浓度下,AgNPs颗粒对小麦总积累Ag的贡献率约为30%,而在4-10mg·L^-1浓度下,贡献率上升到了50%左右。这说明低浓度AgNPs暴露下,植物对Ag⁺的吸收可能占主导作用,随着浓度的升高,植物对于AgNPs颗粒的吸收越来越多。通过半胱氨酸（L-cysteine）络合溶液中的Ag⁺,降低Ag⁺的生物有效性和毒性,从而探究小麦对AgNPs颗粒的吸收和积累。通过测定AgNPs、AgNO₃、AgNPs-cysteine、AgNO₃-cysteine溶液暴露下小麦体内的过氧化氢酶（CAT）和丙二醛（MDA）指标,发现L-cysteine能够有效的缓解Ag⁺的毒性,却不能缓解AgNPs颗粒的毒性。AgNPs、AgNO₃、AgNPs-cysteine、AgNO₃-cysteine溶液暴露下小麦组织内浓度的变化表明,小麦对于AgNPs和Ag⁺的吸收机制不同,且小麦可以吸收AgNPs颗粒。半胱氨酸不仅可以减少Ag⁺的毒性,而且可以减少小麦对Ag⁺的吸收。小麦对AgNPs暴露液中不同形态Ag（即溶解态Ag⁺、AgNPs颗粒和Ag-cysteine）的吸收速率常数不同: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