随着纳米技术的快速发展,纳米材料已广泛应用于人类生产和生活的各个方面。这些纳米产品在生产、运输和使用过程中,其产生的纳米颗粒(NPs)不可避免地会通过各种途径进入到环境中,从而对生态系统以及人体健康造成潜在的危害。越来越多的研究表明,NPs能够在不同水平(包括食物链、植物个体、动物体、细胞与亚细胞水平、蛋白与基因等)上对生物体造成毒性损伤,但从分子水平阐明其植物毒性机制的研究较少。本论文以玉米(Zea maysL.)和樱桃萝卜(Raphanus sativus L.)为对象,研究了 NPs致使玉米幼苗吸水能力降低和樱桃萝卜块根开裂等的毒性效应,并进一步探讨La2O3 NPs处理下玉米幼苗水通道蛋白(AQPs)基因的表达和信号传导,以及樱桃萝卜块根的主要品质变化,初步揭示了 La2O3NPs植物毒性的分子机制。论文主要研究结果概括如下:1、不同浓度La2O3 NPs(50,250和500 mg L-1)显著影响玉米幼苗根系生物量。与对照相比,500 mg L-1 La2O3 NPs处理6 d的根系生物量降低22.73%:同时根系变粗变短,表面皱缩、塌陷,表现出明显的纳米毒性效应。2、La2O3 NPs明显抑制玉米幼苗的水分吸收,玉米幼苗根系皱缩、叶片叶脉水分运移减弱:50mg L-1 La2O3NPs处理3d后,玉米幼苗根系栓化明显,凯氏带分化提前;同时,根系水通道蛋白ZmPIP1含量明显增加。La2O3NPs处理下,玉米幼苗地上部和根系AQPs基因表达总体呈下调趋势。AQPs基因表达下调致使植物体对水分吸收降低,最终导致植物生长受抑。3、La2O3NPs处理下,玉米幼苗体内ABA含量受诱导增加,ABA合成的促进可能进一步触发了与AQPs基因相关的信号通路。4、La2O3 NPs处理下,玉米幼苗地上部和根系的养分含量呈下降趋势。Ca、K、Mg等元素含量的降低可以延缓叶绿素的合成,这是玉米幼苗生长受抑的主要原因之一:植物体内养分含量的降低可以破坏植物的正常生理代谢,从而抑制植株生长,导致品质下降,对食品安全,乃至人体健康产生不可预知的潜在危害。此外,La203 NPs比氧化镧大颗粒(La2O3BPs)更易进入植物体内,植物La含量则随着处理浓度和时间的增加而增加。5、不同浓度La203 NPs处理下,樱桃萝卜幼苗地上部、块根和根系的生物量显著降低;水分吸收减少,块根开裂,根系变短,表现出较强的毒性作用。樱桃萝卜幼苗体内生理代谢过程受阻,块根生长所必需活性物质如维生素、可溶性糖、可溶性蛋白、可溶性固形物明显降低,块根着色度减少,最终导致萝卜品质的显著下降。综上所述,La2O3NPs处理下,玉米幼苗地上部和根系ABA含量受诱导增加,ABA合成的促进作用进一步触发AQPs基因表达的总体下调,进而导致了植物体水分吸收的降低,最终使得玉米幼苗生长受阻、养分含量降低。此外,萝卜水分吸收减少,直接导致生长受抑、根系变短和块根开裂、块根品质下降。本研究可为纳米颗粒的生态风险评估及其阻控提供科学依据。