納米材料對植物生長發(fā)育的影響

王鈺涵+唐樂+劉桂蕓+林依美+馬莉+冉永珍+宋凱

摘要：納米材料的廣泛運用，勢必會對環(huán)境中的植物生長產生影響。本文總結了目前常用的納米材料對植物種子的發(fā)芽情況研究，以期對為納米材料在種子萌發(fā)領域的應用提供理論依據。

關鍵詞：納米；植物；發(fā)芽

基金項目：吉林省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目資助

中圖分類號： S129 文獻標識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.05.010

隨著納米顆粒的廣泛使用，越來越多的納米粒子通過各種途徑進入環(huán)境中，可能對人們的健康以及生態(tài)環(huán)境造成危害，植物作為自然界的生產者，也是生態(tài)系統最為重要的環(huán)節(jié)，納米粒子對植物的生長發(fā)育的影響，以及植物對納米材料的吸收積累都會對高營養(yǎng)級的生物產生不同程度的影響。

1對植物發(fā)芽率的影響

種子發(fā)芽是一種常用的試驗植物毒性的方法，具有方法簡便，成本較低，試驗快速等優(yōu)點。目前已有研究表明，納米微粒對植物的發(fā)芽率有一定的抑制作用。例如：納米TiO2對油菜、黃瓜和玉米的發(fā)芽率均有抑制作用。納米TiO2對油菜和黃瓜的發(fā)芽率影響比較微弱，而對玉米發(fā)芽率的抑制作用則是非常顯著的[1]。由組氨酸包被的金納米簇對辣椒的發(fā)芽率具有抑制作用[2]。也有研究者以玉米為受試植物，分別對ZnO納米顆粒和金納米顆粒進行研究。以10～1000毫克/升的不同濃度梯度的ZnO納米顆粒處理玉米種子，得出結論：當ZnO納米顆粒的濃度升高時，玉米種子的萌發(fā)率呈下降的趨勢。就金納米顆粒是否對玉米種子發(fā)芽率產生抑制作用的研究，發(fā)現用不同方法處理過的金納米顆粒對玉米種子的發(fā)芽率并沒有顯著影響。這是由于種皮對種子具有保護作用，可以防止外界污染物或病蟲害對種皮內的胚胎發(fā)育產生影響，只有一些能夠通過種皮的細小微粒才能對胚胎產生影響，這可能是金納米顆粒對玉米種子萌發(fā)沒有抑制作用的原因。由于金屬和金屬氧化物納米顆粒的種類很多，因此，其對植物產生的影響也不盡相同，學者們對其產生的植物毒性以及是否存在植物毒性都具有爭議。

2對植物生物量和幼苗形態(tài)的影響

目前，由于納米微粒特殊的物理化學特性，納米材料對生態(tài)環(huán)境和生物生長發(fā)育方面的影響，受到了許多學者乃至政府的關注。目前已有很多學者對此進行研究，得到結論：一般情況下，植物經高濃度（1000～4000毫克/升）的納米微粒作用時，植物的生物量，幼苗形態(tài)，根伸長，根活力等生理生化指標才會受到影響。例如：零價的Fe納米顆粒在（2000～5000毫克/升）時完全抑制麻，黑麥草和大麥的發(fā)芽；而ZnO納米顆粒在濃度為1000毫克/升時，可以將黑麥草根尖的所有細胞殺死。濃度為100毫克/升的CuO納米顆粒則可以抑制玉米幼苗根的生長。

有研究表明，納米顆粒對植物的生物量以及幼苗形態(tài)存在著抑制作用。有學者為了探究納米ZnO對植物的生長發(fā)育是否存在影響，分別用1000毫克/升納米ZnO顆粒和100毫克/升納米ZnO顆粒處理玉米幼苗，同時設置了對照組，發(fā)現100毫克/升納米氧化鋅的作用下根的生物量較對照組降低了48.4%，而1000毫克/升濃度的納米氧化鋅較對照組降低了87.5%，莖的生物量也有所降低，100毫克/升濃度下的納米氧化鋅顆粒較對照組降低了75%，而1000毫克/升濃度下莖的生物量較對照組降低了87.5%。在1000毫克/升的濃度下玉米幼苗葉的生物量降低的更為明顯，可以達到91.1%，100毫克/升濃度時，也能達到62.96%。鋅是人體必需的微量元素，同時也是植物生長必需的元素，然而過量的鋅對植物是有害的，對植物的生長產生抑制作用，具有一定的毒性效應。隨著納米顆粒濃度的增加，受試玉米幼苗的葉子發(fā)黃較為嚴重。

3對植物生理生化的影響

納米材料對植物的發(fā)芽率，生物量，以及幼苗形態(tài)等均有不同程度的影響，那么，納米材料對植物的生理生化方面是否存在著某些作用？對此，很多學者做了大量研究，例如，Gao等發(fā)現將0.03%的TiO2納米顆粒懸液，噴灑在菠菜的葉片表面，結果發(fā)現TiO2納米顆粒懸液可以顯著的促其進生長，從而得出結論，TiO2納米微粒懸液在促進光吸收的同時還能增強菠菜體內Rubisco酶活性，進而提高光合作用的效率，促進植物的生長[3]。植物為了使自己免于遭受活性氧化的傷害，都有自己的一套高度發(fā)雜的抗氧化防御系統，有多種抗氧化酶CAT、MDA，過氧化物酶以及低分子量抗氧化劑等。有學者觀察金納米顆粒對玉米和辣椒體內的抗氧化酶的作用效果，來探究納米微粒對植物的一些酶活性的影響效應。分別用通過檸檬酸還原的金納米顆粒、ESA包被的金納米簇以及組氨酸包被的金納米簇來處理玉米和辣椒幼苗。得到的結論是：隨著AuNCs@His處理濃度的增加，玉米體內抗氧化酶的活性呈先上升后下降趨勢。當AuNCs@BSA處理濃度增加，玉米地上部分抗氧化酶活性呈上升趨勢。三種納米材料對玉米根系的抗氧化酶活性沒有顯著影響，根系POD酶活性和MDA顯著低于對照組。由此可見，納米微粒對植物體內酶活性具有一定的抑制作用。

4結語

研究表明，不同的納米粒子對植物的影響也不盡相同，對植物的發(fā)芽率、生物量、幼苗生長以及生理生化方面均具有抑制作用。納米微粒的毒性機制與外部的環(huán)境因素以及暴露時間有著不可忽視的關系。

參考文獻

[1]王鐸鋒.金納米顆粒對兩種植物的生物學效應的研究[J].環(huán)境生態(tài)學，2014，（05）.

[2]于曉莉.幾種典型納米人工顆粒對高等植物的毒性效應研究[J].環(huán)境科學，2010，（06）.

[3]王江雪，李煒，劉穎.二氧化鈦納米材料的環(huán)境健康和生態(tài)毒理效應[J].生態(tài)毒理學報，2008， 3（02）：105-113

作者簡介：王鈺涵，在讀本科生，研究方向：食品科學與工程。