氧化铁纳米粒子对玉米生理效应的影响和吸收、转运机制的研究

摘要

近些年，随着纳米技术的快速发展，纳米粒子被广泛的应用到生命科学、环境、能源、医药等领域中。目前通过使用纳米技术来改善农作物的产量和品质已经引起人们广泛的兴趣。如基于纳米技术开发的纳米农药、纳米肥料能为农业的可持续发展提供很好的前景。目前已经有研究报道纳米粒子对植物的生长具有一定的促进作用，包括能够促进植物种子萌发和根生长，以及光合作用、叶绿素的合成和抗氧化应激能力等一些生物效应。但是对于纳米粒子能够促进植物生长的机制，以及当其在农业上大量使用时，是否会产生生物毒性仍然不是很清楚。因此需要进一步的深入的研究纳米粒子对植物的影响，同时选取怎样的研究方法成为解决这些问题的关键。
　　基于已有研究报道表明纳米粒子能够进入植物体内的事实,氧化铁纳米粒子有望被选作为补铁农药运用到农业中，因为传统的补铁农药不仅使用效率低，并且很容易流失。现在已经发现一定浓度的氧化铁纳米粒子能够促进植物种子的萌发，根的生长和体内叶绿素的合成。但是对于其作用机制仍然不是很清楚，而弄明白氧化铁纳米粒子在植物体内的吸收、蓄积和转运机制是研究其对于植物生物效应影响的基础。在本工作中，荧光标记技术被用来探讨氧化铁纳米粒子在西瓜体内的转运和吸收行为。异硫氰酸荧光素(FITC)通过硅烷化的方法偶联到氧化铁纳米粒子（nano-γ-Fe2O3）上赋予 nano-γ-Fe2O3荧光特性。通过各种检测结果发现FITC已经成功偶联到nano-γ-Fe2O3上面，并且偶联后的荧光氧化铁纳米粒子的晶型、形状和大小几乎没有什么改变。紧接着荧光氧化铁纳米粒子被用来探讨其在西瓜体内的吸收和蓄积情况，结果发现nano-γ-Fe2O3能够从进入西瓜植物的根里，同时其从表皮层运动到内皮层的途径是质外体途径。
　　在接下来的实验中选取玉米为研究对象，探讨氧化铁纳米粒子对于玉米的生理效应影响。结果发现当nano-Fe2O3的浓度为20×10-7mg/L时，其能够很好的促进玉米种子萌发与根生长，以及叶绿素的合成。同时也发现当玉米在受到氧化铁纳米粒子的胁迫时，玉米会发生氧化应激反应，但这会激发玉米自身的的保护机制，从而使机体的超氧阴离子自由基含量降低，减少对机体的损害。同时在探究nano-Fe2O3在玉米体的吸收、蓄积和转运机制时，发现nano-Fe2O3主要是蓄积在根部，同时其从表皮层运输到内皮层主要是通过质外体途径。此外，还发现其能够进入玉米细胞中的，并能在液泡中进行蓄积。这为进一步评估氧化铁纳米粒子对植物的生物效应的影响，使其能在农业生产中安全和广泛的应用奠定了基础。

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第1章 绪论

1.1引言

1.2纳米颗粒的概述

1.2.1纳米粒子的定义及分类

1.2.2 纳米粒子的特性

1.2.3纳米粒子的表面修饰

1.2.4纳米粒子的广泛使用

1.3纳米粒子生物毒性的研究

1.4纳米粒子对植物生长影响的研究

1.4.1在植物的表观水平上的研究

1.4.2在植物生理效应水平上的研究

1.4.3研究纳米粒子在植物体内转运和蓄积情况

1.5课题设计及主要研究内容

1.5.1目前存在的主要问题

1.5.2本文研究的意义及主要内容

第2章 荧光标记的氧化铁纳米粒子在追踪其在植物体内吸收行为的应用

2.1 前言

2.2材料和方法

2.2.1实验原料和设备

2.2.2氧化铁纳米粒子的制备

2.2.3荧光氧化铁纳米粒子的制备

2.2.4表征

2.2.5观察FITC-conjugated γ-Fe2O3NPs在植物根里的分布

2.3 结果与分析

2.3.1FITC-conjugated γ-Fe2O3NPs结构的分析

2.3.2FITC-conjugated γ-Fe2O3NPs形状和大小的分析

2.3.3 FITC-conjugatedγ-Fe2O3 NPs的光学性质的研究

2.3.4研究FITC-conjugated γ-Fe2O3NPs在西瓜体内的蓄积行为

2.4小结与讨论

第3章 氧化铁纳米粒子对玉米生理效应影响的研究

3.1 前言

3.2材料和方法

3.2.1实验原料和设备

3.2.2实验方法

3.3 结果与分析

3.3.1种子萌发实验

3.3.2 抗氧化物酶活性的分析

3.3.3丙二醛含量的分析

3.3.4叶绿素含量的分析

3.3.5根部质外体铁的含量

3.3.6 Fe3+还原酶活性的测定

3.3.7氧化铁纳米粒子在玉米体内的分布情况

3.3.8氧化铁纳米粒子在植物体内的吸收蓄积和转运情况的分析

3.4小结与讨论

第4章 结论

参考文献

致谢

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