论文部分内容阅读
纳米银(AgNPs)由于其独特的物理化学特性及抗菌特性在日常生活中的应用逐渐增多,而其在生产、运输和使用过程中不可避免的会释放到环境中从而对生态系统产生影响,因此其对环境及人体健康的影响也逐渐引起人们的广泛关注,但是纳米银的毒性机制仍然存在很大的争议。本论文研究了单一纳米银处理对高等陆生模式植物拟南芥的基因及生理水平的影响,比较了同等浓度的银离子和纳米银的毒性差异。30 mg L-1 AgNPs和Ag+处理六天后,测定拟南芥组织中的银含量,拟南芥叶片转录组水平,光合作用及ROS含量的变化;同时探究了纳米银(AgNPs)与镉(Cd2+)的复合毒性对拟南芥生长的影响,以不同浓度的AgNPs和Cd2+处理拟南芥幼苗一周后,测定了拟南芥幼苗主根长度,根毛数量,叶片中光合色素和可溶性蛋白含量及抗氧化系统相关酶活性。研究结果表明:1.30 mg L-1 AgNPs和30mg L-1 Ag+处理后拟南芥根和叶片组织中银含量显著升高,并且根中吸收的银含量明显高于叶片。30mgL-1 AgNPs处理后根中银含量达到4.2 mgg-1,而30mgL-1Ag+处理后根中的银含量只有3.2mgg-1,推测纳米银可能与比银离子更容易进入根部。但是叶片中同等浓度的AgNPs和Ag+处理后银含量没有显著差异。而0.12 mgL-L-1Ag+处理后根和叶中银含量和对照无明显差异。2.30 mg L-1 AgNPs和Ag+处理六天后对拟南芥幼苗叶片进行转录组测序,结果发现纳米银和银离子分别引起626个基因和767个基因发生差异表达,其中纳米银引起470个基因上调,156个基因下调。银离子引起514个基因上调,253个基因下调。纳米银特异性的引起302个基因发生差异表达,银离子特异性引起443个基因发生差异表达。纳米银和银离子共同引起324个基因发生差异表达表明纳米银和银离子可以显著影响拟南芥叶片转录组水平的变化。对差异基因进行GO功能分析得出纳米银和银离子处理后差异基因主要聚集在胁迫响应、刺激响应、光合作用等生物学过程。3.30 mgL-1 AgNPs和Ag+处理后,测定拟南芥幼苗光合作用的变化。结果发现,纳米银可以显著降低叶绿素a和类胡萝卜素含量,实际光化学效率。光化学淬灭系数qP随着光照强度升高逐渐降低并且降低程度显著高于对照,非光学淬灭系数NPQ和光化学引起的非光化学淬灭系数Y(NPQ)随着光照逐渐升高,但升高程度低于对照;非光化学引起的非光化学淬灭系数Y(NO)随着光照逐渐增强而逐渐升高,但升高程度高于对照。纳米银也可以改变拟南芥的快速光曲线,显著降低拟南芥叶片的相对电子传递率,rETRmax和Ek明显低于对照。以上结果表明纳米银和银离子处理可以明显影响拟南芥叶片的光合作用,高光强下植物的自我保护能力减弱。4.高浓度(5mgL-1)Cd2+能显著抑制根长,提高可溶性蛋白含量及SOD(超氧化物歧化酶)和POD(过氧化物酶)的活性。在高浓度Cd2+(5mg L-1)中加入AgNPs能显著增强Cd2+对根长的抑制作用,而高浓度的Cd2+能缓解AgNPs对根毛的抑制作用;在低浓度Cd2+(0.1 mg L-1和1 mg L-1)中加入AgNPs能显著增强Cd2+对色素含量抑制作用;在含有Cd2+的处理中,SOD和POD在1 mg L-1 AgNPs下活性最高;以上结果说明Cd2+和AgNPs对拟南芥幼苗根系形态及叶片生理指标都存在交互影响。综上所述,同等浓度的纳米银和银离子可以明显影响引起拟南芥组织中银含量升高,转录组水平发生变化,光合作用能力降低,氧化胁迫程度加剧,光合作用和氧化胁迫相关的基因发生差异表达,表明纳米银对拟南芥生长产生明显影响。与同等浓度的银离子处理及0.12 mg L-1 Ag+相比,纳米银对植物的毒性不仅仅是通过释放的银离子产生的,可能通过与植物的相互作用不断的释放银离子从而对植物产生毒性。且同等浓度的纳米银和银离子处理后叶片中吸收同样含量的银元素,对植物光合作用的影响类似表明纳米银和银离子植物毒性的作用机制可能类似。但是纳米银也可以引起特异性的基因发生差异表达表明纳米银也具有其独特的颗粒效应。本研究通过转录组水平和光合作用生理水平探究纳米银与银离子影响拟南芥生长的毒性差异,深入探究了纳米银的毒性机制。并且通过探究纳米银和镉的复合作用对拟南芥根系形态和叶片生理指标的影响,不仅可为深入探索纳米材料和重金属的复合毒性对植物的影响提供数据支持,也为重金属下AgNPs的生物安全性评价提供一定的理论依据。