文献综述--纳米二氧化钛对小麦的毒害效应及其机理.docVIP

本 科 生 毕 业 论 文（设计） 文献综述 题目 纳米二氧化钛对小麦的毒害效应及其机理 姓名与学号 张江江 3071401084 指导教师 林咸永 年级与专业 07级资源环境科学 所在学院 环境与资源学院 1引言 21世纪以来纳米科技高速发展，被广泛应用于材料、化工、能源、医药等领域，2005年全球在纳米技术上的投资达到40亿美元，预计到2015年其相关产业产值将达到1万亿美元[1]。 由于纳米颗粒的特殊物理化学性质，使工程纳米颗粒被广泛使用，也不可避免的大量释放于环境中，从而引发了人们对纳米材料环境安全性的担忧。目前分析纳米材料与植物间的相互作用是纳米材料风险分析的一个重要项目，主要内容包括不同种类、颗粒大小、浓度的纳米颗粒对不同植物及各部位的生理代谢影响[2]。同时，作为生态系统中必不可少的组成成分，植物能够吸收和生物积累工程纳米颗粒，对纳米颗粒在环境中的迁移和积累过程起到了关键作用[3]。虽然近几年针对植物吸收工程纳米颗粒并因此产生毒害效应的研究有了一定的报道，但该领域的研究仍处于起步阶段，有很多问题尚未清楚。 工程纳米颗粒可以分为四类：1-碳纳米材料，包含富勒烯、单碳纳米管(SWCNTs)、多碳纳米管（MWCNTs）；2-金属纳米材料，包括量子点、纳米金、纳米锌、纳米铝、纳米金属氧化物（TiO2、ZnO、Al2O3）;3-高分子纳米材料；4-组合纳米材料，由两种纳米材料联合或一种纳米材料和一种大颗粒材料组合而成，具有棒状、管状、球状、棱柱状等多种形状[2,4]。目前，针对前两种工程纳米颗粒的研究较多。由于粒子尺寸小，比表面积大，工程纳米颗粒具有与大粒径颗粒不同的独特性质，具有表面效应、量子尺寸效应等，这使工程纳米颗粒具有与大块材料不同的环境命运和行为[2]。 工程纳米颗粒与周围环境紧密相互作用，而植物是所有生态系统的主要的基础成分。因此，工程纳米颗粒将会不可避免地与植物相互作用。工程纳米颗粒可以吸附到植物根系上，对其产生物理或化学毒性[4]。工程纳米颗粒还可进一步通过内吞作用、转运蛋白运输或离子通道方式穿过细胞膜进入细胞内，并运输至其他器官或组织。此外，工程纳米颗粒还可堵塞气孔，影响光合作用[5] ；或与多种细胞器结合，干扰其代谢过程[6]。 目前研究主要以下两方面：不同植物对不同组成、尺寸工程纳米颗粒的吸收；工程纳米颗粒在植物体内的迁移和积累。 细胞壁是水分子和其它溶质进入根内必须通过的多糖纤维网状有孔结构。细胞壁上孔的尺寸一般为3-8nm，远小于多数工程纳米颗粒，一般尺寸小于细胞壁最大微孔的工程纳米颗粒有望通过细胞壁到达质膜，而尺寸较大的纳米颗粒则不能或难以进入植物细胞[7]。但是工程纳米颗粒可能引起大尺寸新微孔的形成，这使工程纳米颗粒能通过细胞壁进入细胞[8,9]。对纳米碳而言，尺寸较大的多壁碳纳米管很难进入植物根系，尽管可以穿透根冠细胞壁，多壁碳纳米管主要还是以单个和团聚形式被吸附在根表面[10]但有研究表明，单壁碳纳米管能携带异硫氰酸荧光素和DNA穿过未损伤的植物细胞细胞壁和细胞膜[11]。而尺寸较小的富勒烯C70可被植物（水稻）吸收，从根运输到芽（C70由根进入植物），也可以从叶向下通过韧皮部运输至根（C70通过叶片进入植物）[12]。许多金属纳米颗粒可以被植物吸收，如铜纳米颗粒可被大豆和小麦吸收[13]，银纳米颗粒可被拟南芥、夏南瓜、洋葱等吸收[14,15]，但也有研究发现，直径在10nm或以上的金纳米颗粒即使在外加压力下也不能穿透藻类细胞壁[16]。而且植物组织中积累的金属纳米颗粒含量和生长介质中金属纳米颗粒浓度间存在正相关关系。由于金属纳米颗粒能够游离金属离子，且一些植物组织能够利用金属离子合成金属纳米颗粒[17]，所以植物体内的金属纳米颗粒可能有两个来源。不同植物吸收金属氧化物纳米颗粒的情况差异较大，例如Fe3O4纳米颗粒可被南瓜吸收，而不能被利马豆吸收[18]。 目前对工程纳米颗粒在植物体内迁移和积累的研究主要依赖于纳米颗粒的荧光标记[19]、扫瞄式电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)。荧光标记法虽然功能强大，但在细胞水平上分辨率有限[2]，难以满足研究需求。而扫瞄式电子显微镜(SEM)或透射电子显微镜(TEM)，可以在植物组织中或单个细胞内观测到纳米颗粒分布情况，并进一步揭示纳米颗粒对植物细胞的毒害机理[20]。目前研究表明，工程纳米颗粒在植物组织中可以通过胞间连丝（细胞间直径为20-50nm的细胞）进行短距离运输[21]，通过维管组织（木质部）进行长距离