氧化石墨烯对水稻苗期生理生化的影响
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碳纳米材料在多个领域都具有广泛的应用前 景，因此可能会通过呼吸系统或者食物链进入人体 体内［３］。有研究表明，碳纳米管在呼吸道的分布， 主要取决 于 它 们 的 尺 寸 和 结 构［６］。 羧 基 基 团 功 能 化的碳纳 米 管 会 引 起 小 鼠 急 性 肺 损 伤［７］。 高 团 聚 系数的多壁碳纳米管 （ＭＷＣＮＴｓ） 比分散性较好的 ＭＷＣＮＴｓ更 难 清 除。 Ｃｈｉａｒｅｔｔｉ等 人 发 现， ＭＷＣＮＴｓ 可引发更严重的细胞毒性反应。
环境科学导刊 ｈｔｔｐ： ／／ｈｊｋｘｄｋｙｉｅｓｏｒｇｃｎ ２０１９，３８（６）
ＣＮ５３－１２０５／Ｘ ＩＳＳＮ１６７３－９６５５
氧化石墨烯对水稻苗期生理生化的影响
杨婧雯１，王莉淋２ （１．云南省环境科学研究院，云南 昆明 ６５００３４；２．四川农业大学，四川 成都 ６１１１３０）
摘 要：采用可溶性氧化石墨烯片制成氧化石墨烯溶液，以水稻为受试植物，通过水培实验，采用 １００ｍｇ／Ｌ、５００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ和 １５００ｍｇ／Ｌ的氧化石墨烯污染的营养液对水稻幼苗进行培养。发现低浓 度的氧化石墨烯对水稻幼苗根和叶的生长有一定的促进，而高浓度的氧化石墨烯对水稻幼苗的根和叶的生 长有抑制，但高浓度氧化石墨烯却没对水稻幼苗造成显著的氧化伤害或细胞损伤，反而是相对低浓度的氧 化石墨烯对水稻幼苗叶片和根细胞的破坏更为严重。
将之前超声处理好的氧化石墨烯 ５０００ｍｇ／Ｌ的 氧化石墨烯储 备 液 用 Ｈｏｇｌａｎｄ溶 液 稀 释 为 浓 度 为 １００ｍｇ／Ｌ、５００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ和 １５００ｍｇ／Ｌ的 氧 化石墨烯溶液。 １２２ 氧化石墨烯溶液的表征
Ｚｅｔａ电位和粒径分布。采用美国布鲁克海文公 司的 Ｚｅｔａ电位分析仪 （ＺｅｔａＰＡＬＳ） 和激光粒度分 析仪 （９０ｐｌｕｓ） 分析氧化石墨烯的 Ｚｅｔａ电位和粒径 分布。采 用 一 部 分 的 氧 化 石 墨 烯 储 备 液 稀 释 为 １０ｍｇ／Ｌ的 氧 化 石 墨 烯 溶 液， 上 粒 度 分 析 仪 （２４℃、６６０ｎｍ）、Ｚｅｔａ电 位 仪 （２４℃） 测 定 各 自 的有效粒径和粒径分布、Ｚｅｔａ电位 （每个样品测 量三次用来求平均值和方差）。 １２３ 氧化石墨烯暴露下水稻幼苗实验
氧化石墨烯购自南京先丰纳米材料科技有限公 司；水稻品种为川香 ３号，购自四川天宇种业有限 公司。
ｈ烯对水稻苗期生理生化的影响 杨婧雯
１２ 试验方法 １２１ 氧化石墨烯溶液及培养液的制备
称取 １ｇ左 右 的 氧 化 石 墨 烯，用 高 纯 水 配 置 ５０００ｍｇ／Ｌ的氧化石墨烯储备液，放入超声破碎仪 中超声混合 （所使用的超声功率为 ６５０ｗ，超声时 间为 ６０ｍｉｎ， 超 声 为 间 隔 超 声， 超 声 ５ｍｉｎ暂 停 １ｍｉｎ），将氧化石墨烯储备液稀释为 １０ｍｇ／Ｌ的测 试液，用测试液进行表征测定。
取洗净的 ２５０ｍＬ玻璃烧杯，向其中加入 １２０ｇ 洗净烘干的石英砂，摇匀铺平，放入 １２颗经消毒 杀菌饱满的水稻种子，加入 ３５ｍＬ营养液进行萌发 培养，用保鲜膜封住烧杯口，用针在上面扎 １０个 小孔，放入温度恒温培养箱中。在水稻种子发芽后 用移 液 枪 分 别 加 入 浓 度 为 １００ｍｇ／Ｌ、５００ｍｇ／Ｌ、 １０００ｍｇ／Ｌ、１５００ｍｇ／Ｌ的 ３５ｍＬ氧化石墨烯培养液， 标记初始培养液位置。以不含氧化石墨烯的营养液 （空白） 作对照，每个处理 ３个平行。以后每天补 加相对应的培养液，保持培养液的体积在初始位 置。培育条件为 ９∶００—１９∶００模拟夜晚，关闭照 灯，２１℃下培育 １０ｈ；１９∶００—第二天 ９∶００模拟自 然白昼，开光 照 灯，２７℃ 下 培 育。分 别 选 取 暴 露 ５ｄ、１１ｄ、１６ｄ的长势大致一样的 ３个平行，采用 试剂盒法进行超氧化物岐化酶 （ＳＯＤ）、过氧化物 酶 （ＰＯＤ） 以及脂质过氧化产物 ＭＤＡ的测定。还 要选取暴露 １６ｄ的水稻幼苗进行根长、叶长及根冠 比的测定。 １２４ 数据统计与分析
迄今为止，氧化石墨烯纳米毒性的研究主要 集中在动物或人类细胞上，而其与植物细胞的相 互作用 却 被 忽 视 。 ［８，９］ 但 纳 米 材 料 在 生 产、使 用 和加工过程中必然会释放到环境中，从而与植物 作用。与动物细胞相比，植物细胞有细胞壁，为 外来物 质 进 入 植 物 细 胞 增 加 了 难 度， 但 研 究 表 明，由于植物的细胞壁、细胞膜、核膜的孔径及
如今碳纳米材料得到广泛的应用，特别是新 型的功能性石墨烯材料的应用越来越广。今后将 更多地通过生产、应用等方面进入到环境中，会 导致环境中功能性石墨烯的浓度逐渐提高。功能 性石墨烯材料的回收处理已经成为一个值得关注 的问题。若是氧化石墨烯可以对植物的苗期生长 产生胁迫，那么偶然泄露的石墨烯材料将会导致 环境中的局部石墨烯含量较高，也会对植物的生 长产生一定的影响，氧化石墨烯是否会在植物体 内进行积累也将成为一个值得讨论的问题，因此 氧化石墨烯对于水稻苗期的生长状况和生理生化 的研究是非常必要的。 １ 实验材料与方法 １１ 试验材料
关键词：氧化石墨烯；水稻幼苗；生物量；抗氧化酶；脂质过氧化 中图分类号：Ｘ１７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－９６５５（２０１９）０６－０００８－０５
０ 引言 在过去的十年里纳米产品成指数增长，范围
及种类也在不断扩展。一方面纳米材料的广泛运 用提高了我们的生活水平，但另一方面也给我们 的生态系统带来了潜在风险，因此对于纳米材料 的运输 过 程 和 终 点 进 行 深 入 研 究 是 非 常 有 必 要 的。碳纳米材料主要有富勒烯、碳纳米管、石墨 烯三类。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，与其他 纳米材料相比，氧化石墨烯具有非常好的水分散 性、生物相容性、高度延展性以及非常强的吸附 能力 。 ［４，５］
收稿日期：２０１９－０５－０１
— ８—
离子通道等大多数在纳米级范围，小颗粒的纳米 材料可以通过吞噬作用，主动运输或直接通过孔 隙进入细胞产生影响。Ｔａｎ［１］等发现 ＭＷＣＮＴｓ会 导致水稻细胞的坏死，主要表现为细胞膜破裂、 细胞质泄露以及染色质的凝聚，并且其毒性存在 剂量效应关系。植物细胞也能产生一定的应激保 护机制，Ｔａｎ等 的 另 外 一 个 研 究 表 明 部 分 水 稻 细 胞能够与 ＭＷＣＮＴｓ作用产生团聚并发生沉降，从 而 起 到 保 护 剩 余 细 胞 的 作 用 。 ＰａｒｖｉｎＢｅｇｕｍａ［２］等 研究了 ＳＷＣＮＴＳ对水稻和拟南芥的叶肉细胞的影 响。他们认为活性氧 （ＲＯＳ） 可能是导致毒性影 响的主要机制。
环境科学导刊 ｈｔｔｐ： ／／ｈｊｋｘｄｋｙｉｅｓｏｒｇｃｎ ２０１９，３８（６）
ＣＮ５３－１２０５／Ｘ ＩＳＳＮ１６７３－９６５５
氧化石墨烯对水稻苗期生理生化的影响
杨婧雯１，王莉淋２ （１．云南省环境科学研究院，云南 昆明 ６５００３４；２．四川农业大学，四川 成都 ６１１１３０）
摘 要：采用可溶性氧化石墨烯片制成氧化石墨烯溶液，以水稻为受试植物，通过水培实验，采用 １００ｍｇ／Ｌ、５００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ和 １５００ｍｇ／Ｌ的氧化石墨烯污染的营养液对水稻幼苗进行培养。发现低浓 度的氧化石墨烯对水稻幼苗根和叶的生长有一定的促进，而高浓度的氧化石墨烯对水稻幼苗的根和叶的生 长有抑制，但高浓度氧化石墨烯却没对水稻幼苗造成显著的氧化伤害或细胞损伤，反而是相对低浓度的氧 化石墨烯对水稻幼苗叶片和根细胞的破坏更为严重。
将之前超声处理好的氧化石墨烯 ５０００ｍｇ／Ｌ的 氧化石墨烯储 备 液 用 Ｈｏｇｌａｎｄ溶 液 稀 释 为 浓 度 为 １００ｍｇ／Ｌ、５００ｍｇ／Ｌ、１０００ｍｇ／Ｌ和 １５００ｍｇ／Ｌ的 氧 化石墨烯溶液。 １２２ 氧化石墨烯溶液的表征
Ｚｅｔａ电位和粒径分布。采用美国布鲁克海文公 司的 Ｚｅｔａ电位分析仪 （ＺｅｔａＰＡＬＳ） 和激光粒度分 析仪 （９０ｐｌｕｓ） 分析氧化石墨烯的 Ｚｅｔａ电位和粒径 分布。采 用 一 部 分 的 氧 化 石 墨 烯 储 备 液 稀 释 为 １０ｍｇ／Ｌ的 氧 化 石 墨 烯 溶 液， 上 粒 度 分 析 仪 （２４℃、６６０ｎｍ）、Ｚｅｔａ电 位 仪 （２４℃） 测 定 各 自 的有效粒径和粒径分布、Ｚｅｔａ电位 （每个样品测 量三次用来求平均值和方差）。 １２３ 氧化石墨烯暴露下水稻幼苗实验
氧化石墨烯购自南京先丰纳米材料科技有限公 司；水稻品种为川香 ３号，购自四川天宇种业有限 公司。
ｈ烯对水稻苗期生理生化的影响 杨婧雯
１２ 试验方法 １２１ 氧化石墨烯溶液及培养液的制备
称取 １ｇ左 右 的 氧 化 石 墨 烯，用 高 纯 水 配 置 ５０００ｍｇ／Ｌ的氧化石墨烯储备液，放入超声破碎仪 中超声混合 （所使用的超声功率为 ６５０ｗ，超声时 间为 ６０ｍｉｎ， 超 声 为 间 隔 超 声， 超 声 ５ｍｉｎ暂 停 １ｍｉｎ），将氧化石墨烯储备液稀释为 １０ｍｇ／Ｌ的测 试液，用测试液进行表征测定。
取洗净的 ２５０ｍＬ玻璃烧杯，向其中加入 １２０ｇ 洗净烘干的石英砂，摇匀铺平，放入 １２颗经消毒 杀菌饱满的水稻种子，加入 ３５ｍＬ营养液进行萌发 培养，用保鲜膜封住烧杯口，用针在上面扎 １０个 小孔，放入温度恒温培养箱中。在水稻种子发芽后 用移 液 枪 分 别 加 入 浓 度 为 １００ｍｇ／Ｌ、５００ｍｇ／Ｌ、 １０００ｍｇ／Ｌ、１５００ｍｇ／Ｌ的 ３５ｍＬ氧化石墨烯培养液， 标记初始培养液位置。以不含氧化石墨烯的营养液 （空白） 作对照，每个处理 ３个平行。以后每天补 加相对应的培养液，保持培养液的体积在初始位 置。培育条件为 ９∶００—１９∶００模拟夜晚，关闭照 灯，２１℃下培育 １０ｈ；１９∶００—第二天 ９∶００模拟自 然白昼，开光 照 灯，２７℃ 下 培 育。分 别 选 取 暴 露 ５ｄ、１１ｄ、１６ｄ的长势大致一样的 ３个平行，采用 试剂盒法进行超氧化物岐化酶 （ＳＯＤ）、过氧化物 酶 （ＰＯＤ） 以及脂质过氧化产物 ＭＤＡ的测定。还 要选取暴露 １６ｄ的水稻幼苗进行根长、叶长及根冠 比的测定。 １２４ 数据统计与分析
迄今为止，氧化石墨烯纳米毒性的研究主要 集中在动物或人类细胞上，而其与植物细胞的相 互作用 却 被 忽 视 。 ［８，９］ 但 纳 米 材 料 在 生 产、使 用 和加工过程中必然会释放到环境中，从而与植物 作用。与动物细胞相比，植物细胞有细胞壁，为 外来物 质 进 入 植 物 细 胞 增 加 了 难 度， 但 研 究 表 明，由于植物的细胞壁、细胞膜、核膜的孔径及
如今碳纳米材料得到广泛的应用，特别是新 型的功能性石墨烯材料的应用越来越广。今后将 更多地通过生产、应用等方面进入到环境中，会 导致环境中功能性石墨烯的浓度逐渐提高。功能 性石墨烯材料的回收处理已经成为一个值得关注 的问题。若是氧化石墨烯可以对植物的苗期生长 产生胁迫，那么偶然泄露的石墨烯材料将会导致 环境中的局部石墨烯含量较高，也会对植物的生 长产生一定的影响，氧化石墨烯是否会在植物体 内进行积累也将成为一个值得讨论的问题，因此 氧化石墨烯对于水稻苗期的生长状况和生理生化 的研究是非常必要的。 １ 实验材料与方法 １１ 试验材料
关键词：氧化石墨烯；水稻幼苗；生物量；抗氧化酶；脂质过氧化 中图分类号：Ｘ１７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３－９６５５（２０１９）０６－０００８－０５
０ 引言 在过去的十年里纳米产品成指数增长，范围
及种类也在不断扩展。一方面纳米材料的广泛运 用提高了我们的生活水平，但另一方面也给我们 的生态系统带来了潜在风险，因此对于纳米材料 的运输 过 程 和 终 点 进 行 深 入 研 究 是 非 常 有 必 要 的。碳纳米材料主要有富勒烯、碳纳米管、石墨 烯三类。氧化石墨烯是石墨烯的衍生物，与其他 纳米材料相比，氧化石墨烯具有非常好的水分散 性、生物相容性、高度延展性以及非常强的吸附 能力 。 ［４，５］
收稿日期：２０１９－０５－０１
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离子通道等大多数在纳米级范围，小颗粒的纳米 材料可以通过吞噬作用，主动运输或直接通过孔 隙进入细胞产生影响。Ｔａｎ［１］等发现 ＭＷＣＮＴｓ会 导致水稻细胞的坏死，主要表现为细胞膜破裂、 细胞质泄露以及染色质的凝聚，并且其毒性存在 剂量效应关系。植物细胞也能产生一定的应激保 护机制，Ｔａｎ等 的 另 外 一 个 研 究 表 明 部 分 水 稻 细 胞能够与 ＭＷＣＮＴｓ作用产生团聚并发生沉降，从 而 起 到 保 护 剩 余 细 胞 的 作 用 。 ＰａｒｖｉｎＢｅｇｕｍａ［２］等 研究了 ＳＷＣＮＴＳ对水稻和拟南芥的叶肉细胞的影 响。他们认为活性氧 （ＲＯＳ） 可能是导致毒性影 响的主要机制。