功能化多壁碳納米管對水稻發(fā)芽及苗期生理生化特性的影響研究.pdf

1、隨著納米科技的快速發(fā)展，碳納米管作為一種性質(zhì)獨(dú)特的新型材料，被廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域，它們將不可避免地進(jìn)入生態(tài)環(huán)境并引起生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此，近年納米材料的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)影響等生物安全性問題受到世界各國研究者的高度關(guān)注。碳管對生物的影響與碳管的理化性質(zhì)關(guān)系密切，然而，目前關(guān)于不同理化性質(zhì)碳管的生物效應(yīng)研究還比較少，且多集中于細(xì)胞、藻類、動(dòng)物等領(lǐng)域。本研究考慮了碳管的親水性、水溶性、生物相容性等，用三種表面結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)有差異的多壁碳管（本真碳管，

2、氧化碳管和PEG修飾碳管），較系統(tǒng)的比較了它們對農(nóng)業(yè)作物水稻的脅迫效應(yīng)。通過種子發(fā)芽和幼苗水培實(shí)驗(yàn)對比研究了碳管功能化前后對水稻發(fā)芽、幼苗生長及抗氧化系統(tǒng)酶活性、細(xì)胞損傷等的影響，并與三種碳管的形貌、結(jié)構(gòu)等性質(zhì)表征結(jié)果相結(jié)合，探討了碳管對植物的生理生化特性影響的規(guī)律和機(jī)制，揭示了碳納米材料環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和生態(tài)效應(yīng)的影響因素。研究結(jié)果如下:
　　1.由三種碳管表征結(jié)果可知，碳管修飾改性前后結(jié)構(gòu)性質(zhì)發(fā)生了較明顯的變化，功能化碳管粒徑更小、分

3、散度更好、水溶性也更強(qiáng)。本真碳管呈纏繞狀，長度較長，彎曲程度較大，結(jié)構(gòu)完整;而改性處理后的碳管變得蓬松分散，碳管被截?cái)?，長度變短，表面變得光滑平整，管狀結(jié)構(gòu)遭到破壞，在水中有效粒徑減小。紅外光譜圖表明氧化碳管表面出現(xiàn)了帶負(fù)電荷的羧基基團(tuán)(-COOH)，其Zeta電位同時(shí)降低;PEG修飾碳管表面引入了酰氯基(-COCl)、羰基(-CO-)和羥基(-OH)等活性基團(tuán)，但表面電位反而有所升高。三種碳管的有效粒徑為PEG修飾碳管＜氧化碳管＜本真

4、碳管;分散性和水溶性與之相反。
　　2.種子發(fā)芽率測定結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種功能化碳管比非功能化碳管對水稻發(fā)芽率的抑制作用更強(qiáng)，抑制率由大到小依次為PEG修飾碳管＞氧化碳管＞本真碳管。功能化碳管由于表面引入了-COOH、-OH等親水性基團(tuán)，粒徑較小、水溶性好，所以隨著種子對水分的吸收，功能化碳管更易聚集在種皮孔上，堵塞種皮孔隙，阻礙種子對水分的吸收，從而抑制種子萌發(fā)。
　　3.水稻幼苗生長及生理生化指標(biāo)測定結(jié)果顯示，功能化碳管使幼苗

5、根冠比增大，同時(shí)比非功能化碳管對植物蛋白含量的抑制作用更強(qiáng)，對抗氧化系統(tǒng)酶如超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性的影響更強(qiáng)，對根細(xì)胞的損害也更為嚴(yán)重。根的蛋白含量和抗氧化系統(tǒng)酶活性對PEG修飾碳管最為敏感，根細(xì)胞受損程度強(qiáng)弱依次為PEG修飾碳管＞氧化碳管＞本真碳管;冠部分對氧化碳管最敏感，受氧化損傷程度最大。功能化碳管由于粒徑小，水溶性好，更易吸附在根的表面發(fā)生聚集甚至被根系攝入。隨著水分和養(yǎng)分的運(yùn)輸

6、，功能化碳管可以被轉(zhuǎn)移至幼苗冠分，從而對幼苗冠造成與本真碳管相較更強(qiáng)的氧化脅迫損傷，使幼苗冠蛋白含量降低，脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物累積，細(xì)胞受損程度加大，最終導(dǎo)致幼苗冠生長的受阻程度高于根系，根冠比增大。
　　綜合來看，功能化碳管比非功能化碳管對水稻發(fā)芽及幼苗的生長的抑制作用更強(qiáng)，危害更大，表現(xiàn)為PEG修飾碳管＞氧化碳管＞本真碳管。結(jié)合這三種碳管的理化性質(zhì)表征結(jié)果發(fā)現(xiàn)碳管對植物的生長影響與碳管的粒徑、分散性、水溶性、官能團(tuán)等表面結(jié)構(gòu)和理化性