本文關(guān)鍵詞：納米銀對(duì)水生植物的毒性機(jī)制及其生態(tài)效應(yīng)　出處：《中國(guó)科學(xué)院武漢植物園》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 納米銀 生態(tài)毒理 光合作用 水生植物 水生態(tài)系統(tǒng)

【摘要】：納米銀(AgNPs)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備、抗菌除臭產(chǎn)品和其他抗菌商品中。含有AgNPs的產(chǎn)品在生產(chǎn)、運(yùn)輸、消費(fèi)和廢棄的過程中,AgNPs會(huì)不可避免的釋放到自然環(huán)境中。水生態(tài)系統(tǒng)是AgNPs在自然界中重要的匯之一。AgNPs的輸入是否會(huì)加劇正在經(jīng)歷污染及富營(yíng)養(yǎng)化過程的水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改變和功能的喪失。本研究選用了生態(tài)毒理學(xué)中常用的模式種:高等水生植物紫萍(Spirodela polyrhiza)和低等水生植物綠藻萊茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)探究在實(shí)驗(yàn)室純培養(yǎng)條件下AgNPs對(duì)水生植物的毒性大小及毒性機(jī)制。另外構(gòu)建含有底泥、水體、黑藻(Hydrilla verticillata)、蘿卜螺(Radix spp)和食蚊魚(Gambusia affinis)的水生態(tài)系統(tǒng)微宇宙(microcosm)探究AgNPs對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期影響。研究結(jié)果表明0-10 mg/LAgNPs處理后,紫萍組織內(nèi)活性氧(ROS)的積累、抗氧化酶活和抗氧化物質(zhì)活性的增都具有濃度依賴效應(yīng)。10 mg/L AgNPs處理導(dǎo)致紫萍葉綠體結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,葉綠體膜系統(tǒng)解體,積累淀粉粒,葉綠體可能是AgNPs誘導(dǎo)ROS或AgNPs在植物細(xì)胞內(nèi)作用的目標(biāo)之一。進(jìn)一步通過葉綠素?zé)晒夥治霭l(fā)現(xiàn)5和10 mg/L AgNPs能夠顯著改變紫萍葉綠素?zé)晒鈪?shù),損傷光合反應(yīng)中心�？焖俟馇�結(jié)果顯示,AgNPs不僅抑制光合作用能力也降低紫萍在高光強(qiáng)下的自我保護(hù)能力。CO2固定的關(guān)鍵酶1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)對(duì)AgNPs最為敏感,活性最易受到AgNPs的抑制。熒光顯微照片顯示ROS主要產(chǎn)生于紫萍的葉綠體。進(jìn)入紫萍組織的AgNPs和銀離子誘導(dǎo)紫萍產(chǎn)生ROS的能力相當(dāng)。AgNPs處理同樣導(dǎo)致萊茵衣藻細(xì)胞內(nèi)葉綠體大量積累ROS,誘導(dǎo)藻細(xì)胞產(chǎn)生氧化脅迫。并且在光照條件下比黑暗條件下積累更多的ROS。熒光顯微鏡觀察到ROS主要產(chǎn)生部位為葉綠體。細(xì)胞中糖代謝相關(guān)的酶活性顯著受到AgNPs的抑制,其中卡爾文-本森循環(huán)中的Rubisco和3-磷酸甘油醛脫氫酶(GAPDH)對(duì)AgNPs最敏感。進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的AgNPs(或其釋放的銀離子)可能和細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)巰基(-SH)結(jié)合,導(dǎo)致酶活性的降低。酶反應(yīng)中心含有巰基的GAPDH比反應(yīng)中心不含巰基的蘋果酸脫氫酶(MDH)的活性更容易受到AgNPs和銀離子的抑制。質(zhì)譜數(shù)據(jù)和圓二色譜顯示銀元素和蛋白質(zhì)中的-SH結(jié)合,改變蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致酶活性喪失。水生態(tài)系統(tǒng)微宇宙結(jié)果表明釋放到水生態(tài)系統(tǒng)中的AgNPs主要沉積在表層底泥中,底泥是AgNPs在水生態(tài)系統(tǒng)中主要的匯。在90天的長(zhǎng)期暴露試驗(yàn)中,生態(tài)系統(tǒng)中的浮游藻類、黑藻、螺和食蚊魚的生物量和對(duì)照組沒有顯著差異,但是黑藻、螺和食蚊魚體內(nèi)都大量積累銀元素(分別為:60、70和12 μg/g干重),Ag可能會(huì)通過食物鏈傳遞造成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。底泥中硝化細(xì)菌Nitrospira相對(duì)豐度在AgNPs處理時(shí)顯著減少,從而導(dǎo)致硝化速率的降低導(dǎo)致水生態(tài)系統(tǒng)硝化能力的降低,干擾氮循環(huán)。本研究主要從室內(nèi)純培養(yǎng)和模擬水生態(tài)系統(tǒng)兩個(gè)方面探討了 AgNPs對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的影響及其機(jī)制。研究結(jié)果表明:1、AgNPs可能進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi),釋放銀離子和細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的巰基相互作用,抑制卡爾文-本森循環(huán),使光合電子傳遞鏈上的能量不能及時(shí)被固定導(dǎo)致ROS的積累,產(chǎn)生氧化脅迫。2、在水生態(tài)系統(tǒng)中表層底泥是AgNPs主要的匯,水生動(dòng)植物大量積累銀元素,可能具有通過食物鏈傳遞的風(fēng)險(xiǎn)。另外AgNPs導(dǎo)致底泥中硝化細(xì)菌豐度顯著減少,從而影響水生態(tài)系統(tǒng)的氮循環(huán),造成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院武漢植物園
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：X171.5

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