纳米银对水生植物的影响及作用机制

随着纳米科技的蓬勃发展，纳米材料生物效应与安全性引起了世界各国的高度重视并成为研究热点。纳米银是目前应用最广泛，发展最快的纳米材料之一，然而其生物效应与作用机制尚不明确。本项目拟在前期工作基础上，选择浮水植物浮萍与水鳖、沉水植物苦草与水车前、挺水植物芦苇与香蒲为材料，通过研究实验室纯培养与自然环境条件培养下，纳米银对水生植物形态结构、生理生化特征的影响，阐明纳米银对水生植物的短期生物效应；通过研究自然环境条件培养下，纳米银对水生植物生活史特征的影响，阐明纳米银对水生植物的长期生物效应；通过不同类型的纳米银、银离子与微米银生物效应的比较研究，以及银离子结合剂L-半胱氨酸对纳米银与银离子生物效应的影响，结合纳米银在植株中的含量、形态与定位，阐明纳米银对水生植物的作用机制。本研究的开展将为全方位解析纳米银对水生植物的影响与作用机制奠定基础，为纳米银的生态环境安全性评价提供科学依据。

随着纳米科技的蓬勃发展，纳米材料生物效应与安全性引起了世界各国的高度重视。纳米银是目前应用最广泛，发展最快的纳米材料之一，然而其生物效应与作用机制尚不明确。本项目选择浮水植物浮萍、沉水植物黑藻、湿地植物多花黑麦草等为材料，研究了纳米银对水生植物的影响与作用机制。主要的研究成果如下：合成了不同包被方式与不同粒径纳米银并进行表征；短期生物效应研究表明纳米银可以进入植物体，并在植株中以氧化态的形式存在；氧气的存在显著提高了纳米银的毒性；纳米银引起紫萍叶片超微结构改变，光合系统受损，N、P代谢失衡，根脱落，氧自由基代谢在紫萍抵御纳米银伤害中起重要作用；植物通过“耐受”与“逃避”两种策略来应对纳米银的毒害；纳米银的植物毒性是由纳米银固有的特性引起，并不完全依赖于银离子的释放。低剂量长期的纳米银处理对人工构建的微型水生态系统中各个组分影响不同，水体中的黑藻、螺和鱼的生物量没有受到显著影响，但是它们体内都能富集银元素；16s rDNA测序结果表明AgNPs处理组改变了表层底泥中细菌类别，硝化螺旋菌属相对含量显著降低。在活性污泥中添加低浓度的纳米银也能对系统中的植物与微生物造成不利影响，表明纳米银的生态风险不容忽视。通过对11种湿地植物的研究表明，纳米银的植物毒性应植物种类的不同而不同，培养基质显著的影响了纳米银的生物毒性。当以土壤为培养基质时，纳米银表现出显著不同于水与沙子为基质时的植物毒性，因此实验室以水为基质纯培养条件下获得的纳米银毒理学结果往往不能反应环境中的实际情况，纳米材料的生物安全性评价需要更多的生态学家来参与。本研究的开展将为全方位解析纳米银对水生植物的影响与作用机制奠定基础，为纳米银的生态环境安全性评价提供科学依据。