土壤环境中西兰花对金属纳米颗粒物敏感性研究

摘要

本论文采用具有抗氧化性的蔬菜作物西兰花作为受试高等植物，探索TiO2和CeO2NPs进入土壤环境后对其栽种蔬菜作物－西兰花所造成早期观察指标变化（生物效应标志物）和芥子油苷含量变化，以及根际土壤环境pH值、总氮、总碳和氨氮浓度及根际土壤环境微生物群落结构的变化。论文研究主要结果：
　　(1)西兰花生长初期的影响：TiO2和CeO2NPs对西兰花种子发芽率没有产生显著的影响，却会延缓种子的萌发。西兰花幼苗对不同浓度的TiO2和CeO2NPs的吸收程度不同。200 mg/L的TiO2NPs的Ti吸收最多，浓度升高时西兰花幼苗的吸收程度降低。随着 CeO2NPs浓度的增加，西兰花幼苗对 Ce的浓度也会升高。通过透射电镜(TEM)观察和X射线能谱仪(EDS)分析，发现 TiO2和CeO2NPs都会进入西兰花幼苗根部。
　　(2)西兰花根系分泌物的影响：不同浓度TiO2和CeO2NPs暴露不同时间下，西兰花幼苗根系分泌物的可溶性糖浓度和有机物的种类和数量的变化结果不尽相同。
　　(3)西兰花根际土壤环境理化性质的影响：TiO2和CeO2NPs暴露相同浓度土壤的pH值会随着纳米颗粒暴露时间的延长pH值升高。同一时间的TiO2和CeO2NPs暴露相同浓度pH值变化不同。TiO2和CeO2NPs暴露下对土壤总碳浓度有一定的影响，随暴露时间的延长土壤总碳浓度有所升高。TiO2和CeO2NPs暴露浓度不同，暴露时间增加土壤总氮浓度先降低后升高。暴露60天后，500 mg/LTiO2和CeO2NPs暴露下较暴露40天后升高了57.89％和4.19%。浓度不同TiO2和CeO2NPs暴露下，土壤环境氨氮浓度随暴露时间的延长逐渐降低。
　　(4)西兰花土壤环境微生物群落的影响：TiO2和CeO2NPs同一暴露浓度条件下，暴露时间延长会增加土壤细菌和真菌的数量。利用二代测序技术，分析 TiO2和CeO2NPs暴露下是否会对根际土壤微生物群落结构产生变化。测序结果表明，TiO2和CeO2NPs暴露后根际土壤的ACE和Chao1指数明显增加，根际土壤的多样性指数也有所增加，说明TiO2和CeO2NPs暴露下增加了土壤的细菌群落丰富度和多样性。根据根际土壤微生物群落结构分析可以看出，根际土壤微生物群落结构会因为TiO2和CeO2NPs的暴露而产生变化。
　　(5)利用高效液相色谱在TiO2和CeO2NPs暴露后的西兰花幼苗叶片中共检测出3种芥子油苷，分别是4-甲硫丁基芥子油苷（4MTB)、吲哚-3甲基芥子油苷（I3M）和4-甲氧基-吲哚-3-甲基芥子油苷（4MTI3M)，对照组中仅检测到了4MTB。研究发现 TiO2NPs暴露不同浓度会导致西兰花幼苗叶片中芥子油苷的浓度变化不同。TiO2NPs的暴露浓度为500 mg/L，西兰花幼苗叶片中总芥子油苷的浓度响应最为强烈，较对照组上升了约172.13%。西兰花叶片芥子油苷浓度随CeO2NPs暴露浓度增加先降低后升高,暴露浓度20 mg/L时，西兰花幼苗叶片中芥子油苷浓度较对照组上升了98.09%。

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第1章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2纳米颗粒概述

1.3纳米颗粒对植物毒性研究概况

1.4纳米颗粒在土壤中的环境行为

1.5研究内容与技术路线

第2章 材料与方法

2.1 材料

2.2 实验设计

2.3 实验方法

第3章 TiO2和CeO2NPs对西兰花生长初期影响

3.1 TiO2和CeO2NPs对西兰花种子萌发期影响

3.2 TiO2和CeO2NPs对西兰花幼苗期影响

3.3 本章小结

第4章 TiO2和CeO2NPs对西兰花根际土壤影响

4.1 TiO2和CeO2NPs对西兰花根系分泌物影响

4.2 对西兰花根际土壤理化性质影响

4.3 对西兰花根际土壤微生物数量影响

4.4 对西兰花根际土壤微生物群落结构的影响

4.5 本章小结

第5章 TiO2和CeO2NPs对西兰花中芥子油苷影响

5.1 对西兰花中芥子油苷总量的影响

5.2 对西兰花中各类芥子油苷的影响

5.3 本章小结

结论

参考文献

附录

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致谢