MgO纳米粒子抑制镉对大蒜的毒性的研究

作     者：刘晓男 

作者单位：东北师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐长山

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 09[农学] 080501[工学-材料物理与化学] 0903[农学-农业资源与环境] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0713[理学-生态学] 0702[理学-物理学] 

主      题：MgO纳米粒子 Mg2+ Cd2+ 大蒜 离子选择性微电极 

摘      要：随着纳米材料的使用日益广泛,纳米粒子向自然环境的扩散也越来越严重。这些人工纳米材料与环境中原有的一些重金属污染物之间的协同作用及其所带来的复杂生物效应,也越来越引起人们的重视。MgO NPs对重金属Cd的生物毒性的影响一直受到人们的重视,也进行了多方面的研究。目前这类研究中的一个重要不足是缺乏对Cd浓度和MgO NPs中释放的Mg浓度的实时动态测量。这主要是由于目前普遍采用的ICP-AES方法受测量原理和制样程序的限制不能对离子浓度进行实时动态测量。针对这一问题,本文成功制备了Cd和Mg选择性微电极,解决了Cd和Mg浓度的实时动态测量问题。在此基础上,本文以大蒜作为受试植物,研究了纳米MgO与重金属Cd的协同作用对大蒜根系生长的影响,特别是MgO纳米粒子对重金属Cd的生物毒性的抑制作用。研究发现,和对照组相比,1.0、2.0、3.0和4.0 mg/L Cd胁迫下,大蒜根系伸长量分别减少了约40.5%、45.3%、77.6%和91.9%。80.0 mg/L MgO NPs加入后,大蒜根长比在单独Cd溶液处理下分别增加了约34.3%、48.3%、45.6%和18.8%。30.0 mg/L Mg也能够抑制Cd的毒性,和单独Cd处理组相比,1.0、2.0 mg/L Cd+Mg的处理组中根长分别增加了约29.4%和17.3%。为实时动态地测量溶液中Cd和Mg的浓度,本文制备的Cd选择性微电极的检测下限约为4.47×10 mol/L,在Cd浓度为10～10 mol/L的范围内具有良好的线性性能,可检测精度为2%。Mg选择性微电极的检测下限约为2.18×10 mol/L,在Mg浓度为10～10 mol/L的范围内具有较好的线性性能,相对误差小于4%。离子浓度测量结果显示,1.0～4.0 mg/L Cd处理组在6 h时,Cd浓度分别减少了约86.4%、85.5%、88.3%和87.7%。加入MgO NPs后,约2 h时,四个处理组中Cd浓度均几乎下降至初始浓度的10%。这表明在大蒜对Cd有吸收作用之外,MgO NPs对Cd还具有一定的吸附作用。Cd+MgO NPs培养大蒜48h后,Mg浓度均低于MgO NPs未培养大蒜时自然释放出的Mg浓度的饱和值,表明大蒜对Mg有一定的吸收。Cd+Mg处理组相较Cd处理组中Cd浓度下降更加缓慢,但46 h时各组的Cd浓度也几乎下降了90%,Mg对大蒜消耗Cd的抑制作用有限。有趣的是,不管是加MgO NPs还是Mg,Mg浓度的显著下降均出现在20 h后,这可能是由于大蒜自身营养物质较充足,消耗一段时间后才表现对Mg的吸收。通过对离子浓度变化曲线进行拟合发现,加入MgO NPs后,和Cd处理组相比,大蒜对Cd的吸收值C变小。培养大蒜组MgO NPs释放出的Mg浓度饱和值C高于未培养组,这说明在大蒜吸收Mg的同时,MgO NPs在不断释放出Mg。以上研究结果表明MgO NPs吸附了部分Cd,此外其释放出的Mg部分被大蒜所吸收,这都起到了缓解Cd的生物毒性的作用。本文利用离子选择性微电极技术实现了对Mg、Cd浓度的动态测量,弥补了现有纳米生物效应研究中的一个不足。获得了Cd和Mg浓度随时间变化的曲线,实现了对Cd和Mg浓度变化过程动力学过程的定量分析。从而对MgO NPs对大蒜中重金属Cd的解毒作用机制有了更深入的认识。本文的结果对深入理解金属氧化物纳米粒子释放的金属离子在纳米粒子生物效应中所起的作用,具有重要的意义。