纳米氧化锌对湿地植物的胁迫效应

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纳米氧化锌(ZnO NPs)具有小尺寸效应、大比表面积效应、量子效应等独特性质,广泛应用于催化、光电、涂料等各个领域。目前整个纳米材料市场中ZnO NPs所占比例已经超过了5%, ZnO NPs已成为了最具有发展前景的纳米材料之一。然而,随着ZnO NPs的广泛应用,ZnO NPs必然会通过各种途径进入水体中,直接或间接地对生态系统造成一定程度的影响。研究ZnO NPs对湿地植物的胁迫效应,探讨ZnO NPs对湿地植物的影响及在生态系统中的迁移转运,为探索人工湿地一生态处理技术去除ZnO NPs污染提供了理论依据和技术支持,具有重要的实际应用价值。以不同的湿地植物(黑麦草、水葱、花叶芦竹)为研究对象,探索不同浓度的ZnO NPs对其种子萌发率的影响。结果表明,低浓度的ZnO NPs (0.1mg/L、1mg/L)对黑麦草、水葱、花叶芦竹种子萌发率无明显影响;高浓度的ZnO NPs (100mg/L)胁迫下,黑麦草和水葱种子的萌发率有下降的趋势,各湿地植物种子萌发抑制率:水葱>黑麦草>花叶芦竹。ZnO NPs胁迫下,花叶芦竹种子萌发率虽然同对照组相比差异性不明显,但花叶芦竹根茎长度则受到显著影响,ZnO NPs浓度较高时(100mg/L)与对照组相比,根茎长度更短。以凤眼莲为研究对象,探究ZnO NPs (0.1 mg/L-500mg/L)在水培系统中的吸收转运。结果表明,不同初始浓度的ZnO NPs胁迫下水体中锌含量出现不同程度的下降,初始浓度和凤眼莲茎叶含锌浓度存在显著正相关性(r=0.99,p=0.01<0.05),同时锌在根部的积累量大于茎叶部位的积累量。ZnO NPs与Zn2+、ZnO MPs试验组对比发现,凤眼莲更易吸收粒径较小的Zn2+,而对ZnO NPs的吸收量和ZnO MPs差异不大。试验范围内,凤眼莲的根系含水率与对照组间存在显著性差异(p<0.05),而凤眼莲的茎叶含水率则与对照组无显著性差异。以ZnO NPs、Zn2+、ZnO MPs胁迫下的菖蒲为研究对象,探究在水培和土培系统中菖蒲叶片抗氧化酶(SOD, POD, CAT)及丙二醛(MDA)等生理生态特性的变化情况。结果表明,土培系统中,低浓度ZnO NPs (0.01 g/kg)胁迫下,菖蒲的抗氧化酶活性变化幅度较平稳;高浓度下(0.1 g/kg、1g/kg、2g/kg)菖蒲的抗氧化酶出现先上升后下降的趋势;同浓度下的Zn2+对植物的抗氧化酶活性激发最大,ZnO NPs次之,ZnO MPs最小。水培系统中,ZnO NPs (10mg/L-50mg/L)胁迫下,抗氧化酶活性也出现了先上升后下降或平缓的趋势,表明ZnONPs的胁迫引发了植物的抗氧化胁迫机制;ZnO NPs浓度达到100mg/L和Zn2+浓度为50mg/L,抗氧化酶的活性变化值为负,说明此时活性均受到显著抑制;受到ZnO NPs胁迫时,菖蒲体内SOD首先被激活,然后POD会紧接着做出相应的应激反应,而CAT的反应较POD缓慢。高浓度的ZnO NPs土培(1g/kg、2 g/kg)和水培(50mg/L~500mg/L)会使得菖蒲的MDA积累量显著增加,表明高浓度的ZnO NPs会对菖蒲产生一定的毒害作用。
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