论文部分内容阅读
本文首先对比研究了AgNP的不同定性与定量分析方法,包括不同分离与消解方法的对比以及动态光散射(DLS)与透射电子显微镜(TEM)表征方法的对比。并在此基础上研究了AgNP对水稻的生物有效性,主要从其对水稻的毒性、能否被水稻吸收、积累以及有机质对水稻吸收AgNP速率的影响开展相关工作。研究发现超高速离心的分离效果受溶液总Ag浓度的影响,分离效果不稳定。对于体系单纯的AgNP样品,可通过1:2的液酸(溶液:浓硝酸)体积比、常温消解的方法达到较好的消解效果。对比动态光散射(DLS)与透射电子显微镜(TEM)两种表征方法发现,DLS表征获得的AgNP的水合粒径显著高于TEM图统计得到的粒径,分析可能的原因为AgNP颗粒表面的包被物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的存在增大了AgNP颗粒的水合粒径,而TEM表征得到的粒径只有AgNP颗粒本身。在根系暴露与叶片喷施暴露两种途径下,水稻吸收并积累了AgNP,且叶片喷施暴露的叶片积累量远高于同等剂量根系暴露叶片的积累量,比如AgNP暴露浓度均为1 mg/L时,根系暴露叶片中银的积累量为0.44 mg/kg,而叶片喷施暴露叶片中银的积累量高达8.40 mg/kg。借助单颗粒电感耦合等离子质谱技术(sp-ICP-MS)得出两种暴露途径下,不论是AgNP还是银离子暴露,均在水稻叶片中检测到粒径在30-40 nm范围内的AgNP颗粒,且通过透射电子显微镜能谱仪(TEM-EDS)对喷施处理的水稻叶片中的AgNP进行定性和半定量分析发现,水稻叶片中AgNP的粒径在30-40 nm,与sp-ICP-MS结果一致,均远高于暴露溶液中AgNP(13.3±3.7 nm)的粒径。生物量指标表明,水稻根系暴露AgNP后,AgNP显著抑制了水稻的生长,叶片喷施暴露则没有显著的毒性效应。在此基础上研究了水稻秸秆腐解液作为模型有机质对水稻吸收AgNP速率的影响。研究结果表明水稻对AgNP的吸收速率(0.21 mg/(g·h)—0.03 mg/(g·h))随水稻秸秆腐解液中总有机碳(TOC)浓度(0 mg/L—20 mg/L)的升高而线性降低;当TOC浓度达到20 mg/L—80 mg/L,AgNP的吸收速率趋于稳定(~0.03mg/(g·h))。同时,对溶液中的AgNP的动力学过程研究表明,水稻秸秆腐解液抑制了AgNP溶出银离子的过程(降低了27.5%—95.5%),且TOC浓度越高,抑制作用越显著,使得溶液中银离子的浓度降低,从而降低了水稻对AgNP的吸收速率;同时,水稻秸秆腐解液能够促进AgNP颗粒的团聚,使得AgNP颗粒的尺度变大,更不易被水稻所吸收。研究表明不同分子量的组分对水稻吸收AgNP速率的影响不同,且低分子量的组分(<3 KDa)和水稻秸秆腐解液的有机质对AgNP吸收速率影响相近,说明低分子量组分(<3 KDa)对AgNP吸收起着重要的作用。研究结果可以为研究AgNP在植物体内的富集与迁移以及会否沿食物链实现生物放大提供基础数据,并为进一步预测其对较高等生物甚至人类的潜在风险提供数据支持。