随着纳米技术的兴起,纳米材料在医学影像、生物医药、印染纺织、组织工程学、纳米复合材料生产、生物修复、航空航天以及军事军工等行业与领域有着广泛应用。在过去的一二十年中,纳米材料与纳米产品的使用量实现了从几千克到成千上万吨的飞跃。在纳米材料的生产、运输、使用以及废弃过程中,有部分纳米颗粒会不可避免地进入生态系统和环境之中,纳米颗粒的生态环境效应已经成为环境领域研究的热点,并受到国内外学者的广泛关注。植物是生态系统的生产者,也是生物蓄积的起点,因为植物在生长过程中会与水体、大气、土壤等环境介质中的纳米颗粒等物质直接接触,通过生物蓄积作用对其吸收富集,再通过食物链的传递使其进入更高的营养级以及人体,对人体健康产生风险。PbO2纳米颗粒具有耐腐蚀性强、在水溶液中析氧电位高、高电流密度条件下可工作、催化活性较高、硬度较大以及成本低廉等诸多特点,自20世纪30年代起,二氧化铅作为替代阳极材料开始广泛应用在工业生产之中。另外,PbO2也是一种常见的自来水加氯消毒副产物,而对于纳米尺度的PbO2的潜在生态风险研究还鲜有报道。本研究在发现PbO2纳米颗粒存在于自来水管道沉积物的基础上,利用化学合成法合成PbO2纳米颗粒模拟其在自来水输送系统中的形成机制。同时利用水解合成法合成纯度较高的PbO2纳米颗粒,以纳米颗粒的植物效应为切入点,通过水培实验,研究PbO2纳米颗粒对玉米(Zea maysL.)种子萌发和幼苗生长的影响,揭示PbO2纳米颗粒对玉米(Zea mays L.)的毒性效应,探讨其致毒机制;探索PbO2纳米颗粒在玉米体内的吸收迁移和转运,阐明Pb02纳米颗粒进入植物体的可能途径以及在植物体内的分布与累积规律;揭示Pb02纳米颗粒对高等植物毒理作用的规律以及产生相应的毒理作用的原理与机制。本研究以PbO2为研究对象,利用水解合成法合成β-Pb02纳米颗粒,借助XRD、XPS、SEM、EDS等技术手段,分析得纳米颗粒平均物理粒径为10 nm,纯度大于99.99%,比表面积为28.65 m2/g。自来水管道沉积物研究结果表明,纳米尺度的PbO、PbO2以及铅单质等存在于自来水管道和城市自来水输送系统中。PbO2是铅的高价态氧化物,虽然其相对于PbO更为稳定,但是在水质环境变化的条件下,PbO2会释放出大量铅离子,使水体质量下降,造成水体铅人体暴露风险。人工合成PbO2纳米颗粒对玉米暴露和转运的水培实验结果表明,低于30 mg/L的低浓度PbO2纳米颗粒会促进玉米种子的萌发,而高于该浓度会抑制玉米种子的萌发。同时高于30 mg/L的PbO2纳米颗粒还会抑制玉米种子的根伸长并且使其出现根系形态异常、地上部分生物量降低、叶片发黄、干枯等现象。17天的玉米幼苗暴露实验表明,PbO2纳米颗粒处理下的玉米幼苗体内铅含量明显高于空白对照组和1 mg/L铅离子处理组。通过对PbO2纳米颗粒悬浮液释放出来的最高铅离子累积量进行估算表明,玉米中铅的转运主要以PbO2纳米颗粒为主,但其累计特征并未随着PbO2纳米颗粒暴露液浓度的升高而升高,高于30 mg/L的PbO2纳米颗粒处理组的玉米幼苗中的铅含量反而低于其它浓度处理下玉米幼苗体内的铅含量。铅的迁移系数随着PbO2纳米颗粒浓度的升高而降低,这与植物细胞膜仅能透过10 nm以下的颗粒有关,而高浓度的纳米颗粒悬浮液很容易团聚,使粒径快速增长而难以透过细胞膜。同时,5-50 mg/L的PbO2纳米颗粒处理抑制了玉米幼苗对钾、钙、镁、铁、锌和锰等营养元素的吸收并且玉米幼苗体内的营养元素含量呈现出随着PbO2纳米颗粒浓度升高而降低的趋势,故而玉米幼苗生长出现了根系形态改变、叶片枯黄和叶边卷缩等现象。此外,空白对照组和1 mg/L铅离子处理组的玉米幼苗在对铅的吸收转运以及对营养元素的吸收上表现出一致性,但和5-50 mg/L的PbO2纳米颗粒处理组之间表现出了显著性差异。由此可见,在该实验条件下,玉米幼苗体内的铅的吸收和转运主要受纳米颗粒本身的影响而非纳米颗粒释放出来的离子。