微塑料(塑料5 mm,包括100 nm的納米塑料)作為一種新型污染物在近年來得到了極大關(guān)注,其主要來源于大型塑料垃圾的降解碎裂或直接的環(huán)境排放。盡管許多研究報(bào)道了微塑料對海洋生物的影響,但它們對陸地生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響在很大程度上仍然未知。由于大多數(shù)匯入海洋中的微塑料都來源于陸地,研究人員也開始越來越關(guān)注陸地環(huán)境中納米塑料的歸趨和運(yùn)輸,特別是農(nóng)業(yè)土壤。然而,目前還沒有直接證據(jù)證明陸地植物中納米塑料的內(nèi)化和轉(zhuǎn)運(yùn)。陸生植物作為陸地初級生產(chǎn)力的主要組分,對控制食物鏈的結(jié)構(gòu)和陸地生態(tài)系統(tǒng)乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。本研究以模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliala)作為受試生物,系統(tǒng)研究了不同電荷的聚苯乙烯納米塑料(PS-NH2,PS-SO3H)對擬南芥的植物毒性效應(yīng)、吸收方式及分布規(guī)律。主要研究成果概括如下:(1)暴露在不同濃度聚苯乙烯納米塑料PS-NPs(0.3 g/kg和1.0 g/kg)7周后,土壤體系中整株擬南芥的株高、鮮重及果莢葉綠素含量受到不同程度的抑制。在固體培養(yǎng)基體系中,暴露在不同濃度PS-NPs(10、50、100 μg/ml)10天后,擬南芥幼苗的主根伸長受到顯著的抑制。其中,擬南芥受抑制程度取決于PS-NPs的電荷及濃度,帶正電荷的PS-NPs對擬南芥的毒性作用更為顯著。(2)通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)的差異基因表達(dá)分析和GO功能聚類分析發(fā)現(xiàn),帶正電的PS-NPs可以誘導(dǎo)更多差異基因的表達(dá),其主要涉及到色素類生物合成和代謝過程、對水的響應(yīng)、對ROS的響應(yīng)、溫度調(diào)節(jié)和晝夜節(jié)律等相關(guān)基因的表達(dá)。而對于PS-S03H,主要涉及到萜類物質(zhì)、對化學(xué)毒性物質(zhì)和缺水響應(yīng)等相關(guān)基因的表達(dá)。通過對轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)中的基因進(jìn)行篩選,發(fā)現(xiàn)PS-NH2可以誘導(dǎo)更多抗氧化活性以及與植物-病原體相互作用相關(guān)基因的下調(diào)。對根部H2O2和O2-水平檢測發(fā)現(xiàn),在PS-NPs處理下02-水平并沒有明顯改變;而PS-NH2處理可以誘導(dǎo)根部更多H2O2的積累。(3)通過根組織形態(tài)學(xué)分析發(fā)現(xiàn)PS-NPs可以使分生組織和成熟區(qū)細(xì)胞長度減短。對于PS-NH2處理,這種抑制效果更為顯著。(4)共聚焦顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)不同電荷的PS-NPs在植物根部的分布具有明顯差異。對于負(fù)電的PS-NPs可以觀察到明顯的內(nèi)化,并被吸收到成熟區(qū)的木質(zhì)部和中柱附近。而對于帶正電的PS-NPs,在根組織內(nèi)觀察到的熒光較少,熒光大多分布在根部表面和根毛上。這也暗示了 PS-NPs可以被成熟區(qū)的根毛吸收,并通過質(zhì)外體途徑內(nèi)化至中柱附近。(5)高效液相色譜對根系分泌物中的有機(jī)酸分析發(fā)現(xiàn),PS-NPs可以促進(jìn)根部更多草酸的分泌,尤其是PS-NH2。我們的研究結(jié)果直接證明了植物對納米塑料的吸收積累及其毒性作用。從更廣泛的角度來看,它將提供對陸地環(huán)境中微塑料或納米塑料的生態(tài)效應(yīng)、農(nóng)業(yè)可持續(xù)性和人類健康更深入的理解。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X503.23
【部分圖文】：

?山東大學(xué)碩士學(xué)位論文???全球糧食生產(chǎn)。除了微塑料對生物體的直接影響外，微塑料也可以作為載體將其??他污染物運(yùn)輸?shù)缴矬w中［７３］。這些污染物可以吸附到環(huán)境中的微塑料中并在攝入??后解吸，提高污染物的生物利用度，從而在食物鏈中產(chǎn)生毒性和積累（圖２）。鑒??于微塑料的環(huán)境持久性及其對生物體的選擇性毒性，有可能對物種性狀進(jìn)行選擇??性應(yīng)激，從而對表型，遺傳和功能生物多樣性產(chǎn)生影響。??

１．３．２植物中ＥＮＭｓ的轉(zhuǎn)錄組學(xué)響應(yīng)??ＥＮＭｓ在植物中的內(nèi)化被認(rèn)為是一種智能傳遞系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^靶向特定細(xì)??胞器的基因或ＤＮＡ進(jìn)入植物到目前為止，對植物中ＥＮＭｓ介導(dǎo)的植物毒性??的分子機(jī)制知之甚少。然而，轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析提供了有關(guān)ＥＮＭｓ誘導(dǎo)的高等植物毒??性的信息知識，因?yàn)樗梢蕴峁┗蛏险{(diào)和下調(diào)之間的聯(lián)系？２，１％。在過去的二十??年中，許多植物物種的基因組序列己經(jīng)完成。這提供了通過使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)方法和??包含測試毒物的數(shù)據(jù)庫來比較暴露和未暴露植物與毒物之間的基因組譜的可能性。??目前，組學(xué)方法己經(jīng)成功地識別了某些反應(yīng)，這些反應(yīng)指向潛在的毒性途徑和??ＥＮＭｓ的作用模式。暴露在ＥＮＭｓ環(huán)境下顯然會引發(fā)一種普遍的應(yīng)激反應(yīng)，大量??證據(jù)表明氧化應(yīng)激是其驅(qū)動因素之一。然而，ＥＮＭｓ暴露也與一系列基因的調(diào)節(jié)有??關(guān)，這些基因涉及營養(yǎng)物質(zhì)的吸收和運(yùn)輸、根的發(fā)育以及激素信號傳導(dǎo)，從而引??起一系列的生理和形態(tài)變化（圖３）。??

??通過ＦＴＩＲ對合成材料表面所含官能團(tuán)進(jìn)行分析表征如圖２－２。采用４００？４０００??ｃｍ－１范圍的ＦＴＩＲ光譜對各官能團(tuán)的可能變化進(jìn)行識別。從ＰＳ－Ｓ０３Ｈ樣品的ＦＴＩＲ??光譜圖中可以看出，樣品在］６０１．２?ｃｎｒ１，１５８３．３?ｃｍ－１，１４５２．３?ｃｍ－１?和?６９８．４?ｃｍ－１?頻??帶處有特征峰，這是由聚合物中單取代苯的剛性振動引起的。３０２５．８?ｃｍ－１，３０５９．８??ｃｎｒ１和３０８２．３?ｃｍ－１處的峰對應(yīng)的是苯環(huán)本身的Ｃ－Ｈ鍵的伸縮振動。此外，還可以??看到樣品在２８５０．６?ｃｍ－１，?２９２２．１?ｃｎｒ１頻帶處有特征峰，這是－ＣＨ２－的Ｃ－Ｈ鍵伸縮振??動造成的。１４５２．３?ｃｍ－１，１４９３．１?ｃｍ－１頻帶處的峰對應(yīng)－ＣＨ２－的彎曲振動。由上述分??析可以得出反應(yīng)制得的樣品即為聚苯乙烯（ＰＳ）。??對于?ＰＳ－ＮＨ２，樣品在?１６０１．２?ｃｍ－１，１５８３．３?ｃｎｒ丨，１４５２．３?ｃｎｒ１?和?６９８．４?ｃｍ－丨頻帶??處有特征峰，這是由聚合物中單取代苯的剛性振動引起的。３０２５．８?ｃｎｒ１，３０５９．８?ｃｎｒ１??和３０８２．３?ｃｎｒ１處的峰對應(yīng)的是苯環(huán)本身的Ｃ－Ｈ鍵的伸縮振動。此外
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本文編號：2861059