本文關(guān)鍵詞：功能化多壁碳納米管對(duì)水稻發(fā)芽及苗期生理生化特性的影響研究

  更多相關(guān)文章： 多壁碳納米管 修飾改性 水稻幼苗 抗氧化系統(tǒng)酶活 細(xì)胞損傷

【摘要】：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(guó)研究者的高度關(guān)注。碳管對(duì)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,氧化碳管和PEG修飾碳管),較系統(tǒng)的比較了它們對(duì)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(duì)比研究了碳管功能化前后對(duì)水稻發(fā)芽、幼苗生長(zhǎng)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(duì)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、分散度更好、水溶性也更強(qiáng)。本真碳管呈纏繞狀,長(zhǎng)度較長(zhǎng),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(zhǎng)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(-COC1)、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碳管；分散性和水溶性與之相反。2.種子發(fā)芽率測(cè)定結(jié)果發(fā)現(xiàn),兩種功能化碳管比非功能化碳管對(duì)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(duì)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(duì)水分的吸收,從而抑制種子萌發(fā)。3.水稻幼苗生長(zhǎng)及生理生化指標(biāo)測(cè)定結(jié)果顯示,功能化碳管使幼苗根冠比增大,同時(shí)比非功能化碳管對(duì)植物蛋白含量的抑制作用更強(qiáng),對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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,功能化碳管可以被轉(zhuǎn)移至幼苗冠分,從而對(duì)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(zhǎng)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(duì)水稻發(fā)芽及幼苗的生長(zhǎng)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(duì)植物的生長(zhǎng)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)和理化性質(zhì)密切相關(guān)。粒徑越小,分散性越好,水溶性越強(qiáng)的碳管對(duì)植物生長(zhǎng)的影響越大。因此,探討人工碳納米材料的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境效應(yīng)時(shí)需結(jié)合考慮碳管自身的表面結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)的影響。
【關(guān)鍵詞】：多壁碳納米管 修飾改性 水稻幼苗 抗氧化系統(tǒng)酶活 細(xì)胞損傷
【學(xué)位授予單位】：四川農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：S511;TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 前言10-26
• 1.1 研究背景10
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-22
• 1.2.1 納米管的結(jié)構(gòu)10-11
• 1.2.2 碳納米管的性能及應(yīng)用11-14
• 1.2.3 碳納米管的修飾及性能改變14-17
• 1.2.4 碳納米管的生態(tài)效應(yīng)17-22
• 1.3 研究目的、意義及創(chuàng)新點(diǎn)22
• 1.3.1 研究目的與意義22
• 1.3.2 創(chuàng)新點(diǎn)22
• 1.4 研究?jī)?nèi)容22-23
• 1.5 研究思路和技術(shù)路線圖23-24
• 1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析24-26
• 2 材料與方法26-35
• 2.1 試驗(yàn)材料26-28
• 2.1.1 材料26
• 2.1.2 主要試劑26-27
• 2.1.3 主要儀器設(shè)備27-28
• 2.2 多壁碳納米管的純化、修飾和結(jié)構(gòu)表征28-30
• 2.2.1 多壁碳納米管的純化28
• 2.2.2 多壁碳納米管的氧化修飾28
• 2.2.3 多壁碳納米管的PEG修飾28-30
• 2.2.4 多壁碳納米管的結(jié)構(gòu)表征30
• 2.3 多壁碳納米管對(duì)水稻發(fā)芽及苗期生理生化特性的影響研究30-35
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備30-31
• 2.3.2 碳管暴露下水稻種子發(fā)芽及幼苗生物量實(shí)驗(yàn)31-32
• 2.3.3 水稻幼苗碳納米管暴露實(shí)驗(yàn)32
• 2.3.4 水稻幼苗根離子泄漏的測(cè)定32-33
• 2.3.5 水稻幼苗根和葉生理生化指標(biāo)的測(cè)定33-35
• 3 結(jié)果與分析35-52
• 3.1 多壁碳納米管的結(jié)構(gòu)表征35-43
• 3.1.1 TEM電鏡圖35-38
• 3.1.2 FT-IR表征結(jié)果38-40
• 3.1.3 Zeta電位40
• 3.1.4 粒度分布40-43
• 3.2 多壁碳納米管對(duì)水稻發(fā)芽及苗期生理生化特性的影響研究43-52
• 3.2.1 多壁碳納米管對(duì)水稻發(fā)芽和生長(zhǎng)的影響43-45
• 3.2.2 多壁碳納米管對(duì)水稻幼苗可溶性蛋白含量的影響45-46
• 3.2.3 多壁碳納米管對(duì)水稻幼苗抗氧化系統(tǒng)酶活性的影響46-48
• 3.2.4 多壁碳納米管對(duì)水稻幼苗的細(xì)胞損傷48-50
• 3.2.5 多壁碳納米管對(duì)水稻幼苗的致毒機(jī)理50-52
• 4 結(jié)論與展望52-56
• 4.1 結(jié)論52-53
• 4.2 展望53-56
• 參考文獻(xiàn)56-62
• 致謝62-63
• 攻讀學(xué)位期間獲獎(jiǎng)及論文發(fā)表情況63

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本文編號(hào)：666454