论文总字数：21669字

摘 要

纳米银是应用最为广泛的纳米材料之一，因具备优良的性能，目前含纳米银产品已无处不在。然而，随着纳米银的广泛使用，释放到环境中的纳米银浓度也越来越高，这无形中增加了其对生态系统和人类健康的潜在风险，因此评估纳米银的毒性作用及其对水域生态系统的影响至关重要。

本实验以代表性多年生水生宿根植物莲作为研究对象，研究纳米银对莲在生理生化方面的生物效应。研究结果表明：纳米银颗粒能够通过莲根部吸收并连续转运至叶片。在植物细胞中，纳米银通过产生氧化胁迫从而对植物造成毒性作用。随着纳米银浓度的升高，幼苗叶绿体中叶绿素a和类胡萝卜素两种色素含量均呈先上升后下降的趋势；叶片脯氨酸含量显著升高以应对氧化胁迫；丙二醛则呈先上升后下降的趋势；抗氧化酶系统中过氧化物酶（POD）在抗纳米银胁迫时发挥主导作用，其活性随纳米银浓度的升高呈先上升后下降的趋势。该研究结果对于探索纳米银对植物生物效应的分子机制和评估纳米材料的生物安全性具有重要意义。

关键词：纳米银；莲；生物效应；毒性机制

Abstract

AgNPs is one of the most widely used nano-materials. Due to its excellent properties, AgNPs products are now everywhere. However, with the widely use of nano-silver, the AgNPs released into the environment is increasing, which potentially increases its potential risks to the ecosystem and human health. Therefore, it is important to assess the toxic effects of AgNPs and its impact on aquatic ecosystems.

Based on the representative perennial aquatic plant, we studied the biological effects of AgNPs on lotus from physiological and biochemical aspects. The results showed that AgNPs could be absorbed by the roots and continuously transported to the leaves of lotus. In plant cells, nano-silver causes toxic effects on plants through oxidative stress. With the increase in AgNPs concentration, the content of chlorophyll a and carotenoids in chloroplast of seedlings increased at first and then decreased. The content of proline in lotus leave increased significantly in response to oxidative stress, whereas malondialdehyde content increased at first and then decreased. Peroxidase (POD) plays a leading role in the antioxidant enzyme system, and showed increasing and decreasing activity as AgNPs concentration increased. The results of this study are of great significance to explore the molecular mechanism of the bio-effect of AgNPs on plants and evaluate their biosafety.

Key words: Ag nanoparticals；lotus；Biological effects；Toxicity mechanism

目录

第一章 绪论 1

1.1 纳米材料及纳米银 1

1.2 纳米银的生物毒性研究进展 1

1.2.1 细胞毒性 1

1.2.2 动物毒性 2

1.2.3 植物毒性 3

1.3 纳米银对水生植物莲的影响及其毒性机制尚未被揭示 3

1.4 研究目的及意义 4

第二章 材料与方法 5

2.1 实验材料 5

2.1.1 植物材料 5

2.1.2 实验试剂及仪器 5

2.2 方法 7

2.2.1 技术路线 7

2.2.2 种子的培养与萌发 8

2.2.3 纳米银颗粒的表征 8

2.2.4 纳米银在植物组织中的分布 8

2.2.5 莲幼苗叶绿体色素含量测定 9

2.2.6 莲幼苗叶片中脯氨酸含量的测定 9

2.2.7 莲幼苗叶片中丙二醛含量的测定 9

2.2.8 莲幼苗叶片中过氧化物酶（POD）活性的测定 10

2.2.9 莲幼苗叶片中超氧化物歧化酶（SOD）活性的测定 10

2.2.10 苗叶片中过氧化氢酶（CAT）活性的测定 10

2.2.11 数据处理 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 纳米银的表征 12

3.2 纳米银在植物组织中的分布 12

3.3 纳米银对拟南芥幼苗叶绿体色素含量的影响 13

3.4 纳米银对拟南芥幼苗叶片中丙二醛和脯氨酸含量的影响 14

3.5 纳米银对莲幼苗抗氧化酶活力的影响 15

3.6 小结 16

第四章 结论与展望 17

参考文献 18

致谢 22

绪论

纳米材料及纳米银

纳米材料（NM）是指在三维空间上至少有一个维度处在1-100nm之间的材料。根据来源不同，可将纳米材料分为天然和人工合成两类。天然纳米材料主要来源为自然过程，包括微生物活动，沙尘暴，矿物腐蚀，化石燃料燃烧等。除了天然纳米材料，越来越多的人工合成纳米材料已被开发出来。目前，人工纳米材料包括碳纳米材料、金属纳米材料、纳米聚合物及纳米复合物，其中前两种类型最为常见。这些纳米材料由于尺寸效应的存在，因此具有与对应块体材料不同的理化性质，如超导性、巨大的比表面积、量子效应、光敏性等^[1]。作为当前的研究热点之一，纳米材料已在物理、生物医学、化学、电子、传感器、催化以及材料学等领域被广泛使用^[2]。

纳米银是一种人工合成纳米材料，因具备较多的突出性能，如催化性、超导性以及抗菌性等，目前已被广泛应用于食品加工业、电子产业、纺织业、建筑材料及医药等众多领域^[3]。有报道显示，纳米银产品的全球年产量可达320吨之多^[4]，且所有含纳米材料的商品约有1/3添加了纳米银。随着纳米科技的发展以及人们需求的增长，纳米银的产量及应用还将达到新的巅峰。然而，随着越来越多的纳米银在生产、运输、应用和废弃的过程中，被排放到自然环境中，有学者发现，纳米银颗粒在受污染河水中的浓度最高可达145mg/L^[5]。另一美国学者研究数据显示，污泥中纳米银颗粒的浓度可达到1.94-856mg/干重^[6]。因此，排放到环境中的纳米银颗粒存在的风险性也越来越受人们的关注。

纳米银的生物毒性研究进展

细胞毒性

目前，已有大量的研究表明，纳米银对生物具有毒性。纳米银可促进活性氧（ROS）在硝化细菌内的积累，其中小于5nm的作用最为明显，说明纳米银颗粒可对硝化细菌造成氧化胁迫，从而产生毒性作用^[7]。另外，纳米银对高等动物细胞也能造成氧化胁迫。通过对哺乳动物活体细胞进行研究，发现纳米银处理后，哺乳动物细胞内ROS含量升高，膜脂过氧化产物增加，表明纳米银造成的氧化应激介导了细胞毒性^[8]。

除了诱导氧化应激，纳米银还能导致线粒体损伤及细胞凋亡。线粒体是纳米银发挥细胞毒性作用的一个重要靶标。包括线粒体膜结构的完整性损失，通透性改变以及活性氧的产生，进而导致细胞的死亡^[8]。有研究发现在对哺乳动物细胞进行纳米银处理后，细胞内线粒体功能显著下降，线粒体膜结构严重受损并导致乳酸脱氢酶（LDH）泄露增加，从而加速了细胞凋亡与细胞死亡^[9]。

另外，纳米银还能造成细胞水平上的遗传毒性。有研究者用粒径为43-260nm的纳米银颗粒对人肺支气管上皮细胞进行处理，发现纳米银造成细胞内遗传物质的损伤^[10]。除了直接作用于遗传物质，纳米银还能改变细胞周期，如纳米银能造成G2/M期阻滞^[11]，5-10nm粒径的纳米银还能将细胞周期阻滞在S期^[12]。细胞在生长繁殖过程中要受到细胞内各种信号的调控。Comfort K K等用低浓度纳米银（10nm）处理上表皮细胞系，发现胞内生长因子的信号转导蛋白磷酸化受损，信号转导受阻，最终导致细胞繁殖受阻^[13]。

动物毒性

Takenak等人研究发现，小鼠在吸入粒径为15nm的纳米银超细颗粒气体后会出现毒性反应，纳米银很快在血液及肺部被检测，随后被转运到脑部，肝脏，肾脏和心脏等组织^[14]。存在于组织中的纳米银也能产生较强的毒性作用。Ebabe Elle 等用添加纳米银（20nm）的标准食物喂养大鼠81天后，通过对血液中相关蛋白及酶活性的检测，发现纳米银可导致肝部发生炎症并导致肝功能损伤^[15]。另有Kim等人用含纳米银（56nm）的溶液对大鼠进行灌胃处理，90天后的实验结果也表明纳米银具有较强的肝脏毒性^[16]。

另外，纳米银还能对动物的皮肤组织造成毒性。Samberg 等在研究纳米银对表层角质形成细胞（HEKs）的毒性试验中发现，HEKs的生存能力与纳米银的浓度呈负相关，镜检发现高浓度纳米银可造成局部炎症及皮肤角质层上层纳米银的聚集^[17]。

请支付后下载全文，论文总字数：21669字