《氧化銅納米顆粒形態轉化及其植物累積和毒性作用機制》是依託浙江大學，由施積炎擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：氧化銅納米顆粒形態轉化及其植物累積和毒性作用機制
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：施積炎
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
納米氧化銅是一種重要的金屬納米材料，但其環境行為、生態毒理及風險還有待探索。植物作為環境和生態系統的重要組成部分，可能成為食物鏈中納米顆粒遷移轉化和生物累積的潛在路線和途徑。本項目以銅耐性植物海州香薷和典型農作物水稻作為模型植物，利用同步輻射X-射線技術聯合細胞和基因毒性分析等方法，研究溶液不同環境條件下氧化銅納米顆粒的表面性質與聚集/解聚特性，篩選合適的分散劑與分散條件；明確氧化銅納米顆粒金屬溶出和形態轉化與植物吸收累積的關係；探索氧化銅納米顆粒吸收與根細胞壁孔徑的關係；弄清植物中氧化銅納米顆粒的形態轉化及細胞分布定位；揭示氧化銅納米顆粒對植物的細胞和基因毒性效應；闡明環境中氧化銅納米顆粒的形態轉化及植物累積和毒性作用機制，為科學評估金屬納米顆粒的生態環境風險，推動我國納米科技健康可持續發展提供理論依據。
結題摘要
隨著金屬納米顆粒（MNPs）的廣泛使用，使得其在生產、運輸、使用和處置過程中都有可能進入環境，並發生一列的形態轉化。植物作為生態環境中的必要成分在為動物和人類提供食物來源中起到了重要的作用。但環境中的MNPs可能會植物吸收並在植物中遷移轉化，同時引起植物毒性，造成一定的環境與生態風險。本項目研究主要通過室內模擬實驗，考察環境因素對氧化銅納米顆粒（CuO NPs）環境行為的影響，分析不同植物對CuO NPs的吸收累積差異，同時結合多種同步輻射技術原位表征CuO NPs在植物中的累積分布和遷移轉化，探究CuO NPs對植物細胞的毒性效應及作用機制。研究主要發現：（1）pH接近CuO NPs等電點、離子強度和離子價態增加、天然有機質濃度降低都會加劇NPs的團聚和沉降，這與不同環境因素改變了顆粒間相互作用力有關。（2）環境pH的降低以及小分子天然有機質的存在都會大幅度促進CuO NPs的溶解。胡敏酸的存在抑制了CuO NPs的植物吸附和（或）吸收。與農作物黃瓜和水稻相比，銅耐性植物海州香薷對CuO NPs具有更強的富集特性與累積能力。（3）CuO NPs可以被植物吸收並轉移到葉片中。CuO NPs能夠進入植物根表皮、外皮層和皮質，並最終到達內皮層，卻仍然很難穿過凱氏帶。然而，側根的形成為CuO NPs進入中柱提供了可能的途徑。CuO NPs不僅可以進入細胞間隙，還可以穿透細胞壁進入細胞內。植物體內的CuO NPs在遷移過程中會伴隨著一定的形態轉化。（4）與農作物相比，海州香薷對CuO NPs具有很強的耐性。CuO NPs對植物根的毒性主要來自自身的納米效應而非離子效應。CuO NPs的脅迫會引起植物生物量和葉綠素含量的下降，同時嚴重破壞根尖組織，導致根尖分生區細胞空泡化，線粒體腫脹及線粒體嵴退化等；引起植物根細胞死亡率和質膜通透性增大；顯著抑制根伸長和根尖細胞活力；促進根內活性氧累積和丙二醛含量升高，根細胞線粒體膜電位降低及程式性細胞死亡。而胡敏酸的添加可以顯著抑制CuO NPs的植物細胞毒性。CuO NPs處理還會引起水稻根蛋白的上調或下調，對蛋白質參與的生物學過程和分子功能產生影響。研究成果為科學評估NPs的環境和健康風險提供重要依據，並對納米科技的可持續發展具有重要科學意義。
