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稀土氧化物纳米颗粒对植物的毒性效应及影响因素研究进展

于学茹 王巨媛 王翠苹 田晓飞 孙树臣 王萍 徐汝悦 翟胜

于学茹, 王巨媛, 王翠苹, 田晓飞, 孙树臣, 王萍, 徐汝悦, 翟胜. 稀土氧化物纳米颗粒对植物的毒性效应及影响因素研究进展[J]. 福建农业学报, 2019, 34(6): 739-747. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.06.016
引用本文: 于学茹, 王巨媛, 王翠苹, 田晓飞, 孙树臣, 王萍, 徐汝悦, 翟胜. 稀土氧化物纳米颗粒对植物的毒性效应及影响因素研究进展[J]. 福建农业学报, 2019, 34(6): 739-747. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.06.016
Xue-ru YU, Ju-yuan WANG, Cui-ping WANG, Xiao-fei TIAN, Shu-chen SUN, Ping WANG, Ru-yue XU, Sheng ZHAI. Research Advances on Plant Toxicity Induced by Nanoparticles of Rare Earth Oxide[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2019, 34(6): 739-747. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.06.016
Citation: Xue-ru YU, Ju-yuan WANG, Cui-ping WANG, Xiao-fei TIAN, Shu-chen SUN, Ping WANG, Ru-yue XU, Sheng ZHAI. Research Advances on Plant Toxicity Induced by Nanoparticles of Rare Earth Oxide[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2019, 34(6): 739-747. doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.06.016

稀土氧化物纳米颗粒对植物的毒性效应及影响因素研究进展

doi: 10.19303/j.issn.1008-0384.2019.06.016
基金项目: 

国家自然科学基金项目 41701243

山东省高校科研计划项目 J18KA173

聊城大学大学生科技文化创新项目 CXCY2018038

聊城大学大学生科技文化创新项目 201810447022

聊城大学科技计划项目 318011704

聊城大学大学生科技文化创新项目 26312171001

聊城大学大学生科技文化创新项目 201710447041

山东省自然科学基金项目 ZR2013DL005

国家自然科学基金项目 41807092

山东省自然科学基金项目 ZR2013DM012

聊城大学大学生科技文化创新项目 CXCY2018160

聊城大学大学生科技文化创新项目 CXCY2017041

详细信息
    作者简介:

    于学茹(1993-), 女, 硕士研究生, 研究方向:土壤特性与生态毒理(E-mail:15315788208@163.com)

    通讯作者:

    王巨媛(1973-), 女, 博士, 副教授, 研究方向:土壤环境与生态毒理(E-mail:wangjuyuan@lcu.edu.cn)

    翟胜(1974-)男, 博士, 教授, 研究方向:土壤环境与生态毒理(E-mail:zhaisheng@lcu.edu.cn)

  • 中图分类号: X501;X503

Research Advances on Plant Toxicity Induced by Nanoparticles of Rare Earth Oxide

  • 摘要: 稀土氧化物纳米颗粒(Rare Earth Oxide Nanoparticles,REO NPs)具有纳米毒性和金属毒性的双重效应,其毒性效应、生态环境风险引起国内外学者的广泛关注。随着纳米技术的快速发展,纳米颗粒必然通过各种途径进入环境,给生态环境与人类健康造成危害。因此,研究REO NPs在环境介质中的迁移转化及其对植物的毒性效应机制,对REO NPs合理应用及其生态安全评价具有重要的理论价值和实践指导意义。本文通过查阅文献资料,总结了在水培、土培条件下REO NPs对蔬菜和农作物毒性效应、毒性机理及其影响因素,并在此基础上就REO NPs毒性效应和机理研究进行了展望。REO NPs毒性效应主要表现为:(1)抑制根系生长发育;(2)抑制叶绿素合成进而影响光合效率和生物量。毒性机理主要包括:(1)REO NPs溶出离子直接致毒或与矿质营养离子发生竞争,抑制营养吸收;(2)REO NPs破坏细胞选择透性、产生活性氧自由基、使细胞膜发生脂质过氧化而丧失功能;(3)REO NPs附着于组织表面,阻碍水分、营养物质运输和离子交换。影响REO NPs毒性的因子主要包括REO NPs特性(如溶解性、带电性、粒径大小及形状)、植物本身敏感性或耐受性、环境条件(如酸碱性、带电性等)。REO NPs的毒性效应研究存在选择的污染物类型较少,主要针对幼苗期的植物,少有分子生物学、土培方式、全环境条件研究等问题,后期可从上述方面进行深入研究。
  • 图  1  NPs对植物细胞的致毒机制(根据文献[13]修改绘制)

    Figure  1.  Toxicity mechanisms of NPs on plant cells

    表  1  稀土氧化物纳米颗粒对植物的毒性效应及机理

    Table  1.   Toxic effects and mechanism of REO NPs on crops

    纳米颗粒
    REO NPs
    植物
    Plants
    暴露方式
    Exposure method
    毒性效应
    Toxicity effect
    毒性机理
    Toxicity mechanism
    文献
    Liturature
    CeO2 玉米 土培 800 mg·kg-1 NPs对玉米生物量和生理指标(净光合速率、蒸腾速率等)没有毒性效应,但其产量低于对照。 溶解出的有毒物质能够进入植物组织内部,导致营养元素含量降低;干扰植物的防御机制。 [30-35]
    大豆、黄瓜、生菜、萝卜、油菜、小麦、小麦、南瓜、番茄、洋葱、卷心菜 水培 CeO2能够对大豆和洋葱产生基因毒性,降低大豆产量;降低植物根的生物量;溶解出的Ce能够进入南瓜组织细胞内。 NPs溶解出大量有毒金属离子;产生大量活性氧。 [20, 36-47]
    Nd2O3 南瓜 水培 明显抑制种子根的伸长;降低南瓜生物量、水分含量等;叶绿素含量降低,叶片黄化;植物组织中营养元素(S、Ca、K、Mg)含量降低。 NPs吸附在根系表面,阻碍离子运输通道,干扰离子转运基因的表达,导致营养元素的吸收受到抑制。 [22]
    La2O3 黄瓜 水培 黄瓜根部形态发生改变,主根的生长受到抑制,侧根数量增多;生物量降低;叶绿素含量降低;导致植物细胞大量死亡;黄瓜根部细胞的细胞间隙、胞间层、细胞质以及大液泡均发现大量La元素。 溶解出的La离子进入细胞间隙以及细胞质和大液泡中,跟磷元素形成LaPO3和镧羧化物沉淀;水通道蛋白基因相对表达下调;H2O2含量增加。 [23-24, 26, 48]
    萝卜、油菜、番茄、生菜、小麦、甘蓝、 水培 明显抑制根的生长 金属离子的释放。 [25, 49]
    Gd2O3 萝卜、油菜、番茄、生菜、小麦、甘蓝、 水培 明显抑制根的生长。 金属离子的释放;活性氧的产生。 [25]
    Yb2O3 黄瓜、萝卜、油菜、番茄、生菜、小麦、甘蓝 水培 植物根的伸长受到抑制;植物生物量显著降低。 NPs溶出的大量离子进入细胞内部并发生生物转化,以YbPO4沉淀形式存在于植物细胞中。 [25, 50]
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-02
  • 修回日期:  2019-05-26
  • 刊出日期:  2019-06-28

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