纳米技术包括制造和使用不同的工程纳米材料,如金属纳米材料,量子点,和碳纳米材料等。随着纳米材料在工业和医学领域的大规模生产和使用,使得人们更加关心其对健康和环境的影响。氧化石墨烯(graphene oxide,GO)是石墨烯家族中重要的一员,由于其独特的性能和2维结构,在工业和医学领域有着巨大的应用潜质。体内和体外实验数据都表明GO对生物有害。随着纳米材料的不断生产和应用,植物可能从环境中吸收工程纳米材料,进一步通过导管运输到各个组织中。同时,一系列证据表明,长时间或高浓度的GO暴露能够对生物体产生不利的影响,导致GO在细胞或生物体中沉淀。相对而言,对于环境相关剂量GO的生物学效应所知甚少。因此,本论文致力于利用拟南芥植物为载体研究体系,分析环境相关剂量GO对于植物发育及生理的影响。考虑到工程纳米材料释放到环境中的浓度范围在ng/L或mg/L,选择GO暴露浓度为ug/L来评价GO的生物学效应。首先分析了在正常生理条件下环境相关剂量GO对拟南芥植物的影响。在正常生理条件下,经10-1000 ug/L GO处理后,对拟南芥种子萌发和发育没有影响,对子叶和根的生长没有明显的作用,拟南芥的开花进程没有改变,发育过程也没有受到影响。拟南芥中各种抗氧化酶如SOD和CAT活性没有改变,MDA含量没有明显变化。经分析浓度的GO暴露后,拟南芥仍然能够维持正常的生理状态。同时,分析了与发育相关的基因的表达模式,发现拟南芥中与种子萌发、光形态建成、根发育、营养生长到生殖生长转迁相关基因的表达模式都没有明显的变化。也就是说,经分析浓度GO暴露后拟南芥的发育没有发生潜在变化。电镜分析GO在拟南芥细胞中的转运,在叶肉细胞和筛管组织中没有发现GO聚集,在茎薄壁细胞的细胞质中、根的筛管组织中只发现少量的GO。但在根毛和根的薄壁组织的细胞质中发现大量的GO聚集。这一结果说明,GO很容易被拟南芥根毛吸收,沉积在根的薄壁细胞中,但是很难从根转移到茎和叶中。其次,分析了胁迫生理条件下环境相关剂量GO对拟南芥植物的影响。本实验选用了两种广泛研究并经常发生的胁迫(干旱胁迫和盐胁迫)来研究和GO共同暴露的影响。PEG6000的浓度选择20%,NaCl的浓度选择200 mmol/L。选择PEG6000(20%)和NaCl(200 mmol/L)是因为,这些浓度对拟南芥能够产生适度不利的影响,这有助于我们观察GO和PEG6000或NaCl共同处理产生的可能更加严重的不利影响。与正常生理条件不同的是,在胁迫条件下GO能够诱导拟南芥产生更加严重的不利影响。在本研究实验条件下,PEG6000(20%)或 NaCl(200 mmol/L)和 1000 μg/L GO 共同处理比PEG6000(20%)或NaCl(200 mmol/L)单独处理对拟南芥幼苗的形态、鲜重、根长、根冠比产生更加严重的不利影响,导致H202含量和产生的ROS水平增加更加严重,导致更加严重的SOD含量和CAT含量下降。同时发现与发育相关的分子基础被改变了,PEG6000(20%)或 NaCl(200 mmol/L)和 1000 μg/L GO 共同处理后,与PEG6000(20%)或NaCl(200 mmol/L)单独处理相比,与根发育相关基因、与非生物胁迫相关基因的表达模式都发生严重的变化。细胞水平分析发现,与GO单独处理相比,PEG6000(20%)或 NaCl(200 mmol/L)和 1000 μg/L GO 共同处理拟南芥后,GO更加严重分布积累在拟南芥的根、叶和气孔中。我们因此提出,在胁迫条件下,G0能够诱导氧化应激和膜离子渗漏,从而导致GO被从根运输到叶中。我们的结果将有助于理解在不同环境条件下G0的毒性及转运。