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水稻根系分泌物对银纳米颗粒生物有效性的影响机制分析

中文摘要

银纳米颗粒（AgNPs）是目前商业化使用最为广泛的金属纳米材料之一，AgNPs

进入环境后会与植物微生物发生复杂的相互作用。植物是生态系统的基础，AgNPs进

入生态环境后对植物有潜在的毒性效应，但植物对在环境介质中的AgNPs的生物有效

性有何影响尚待深入探索。根系分泌物是植物应答环境胁迫的主要媒介，探明根系分

泌物对AgNPs生物有效性的影响是全面阐述AgNPs对植物毒性效应的重要前提。本研

究着眼于植物根系分泌物如何影响AgNPs生物有效性这一科学问题，以表面带有不同

电荷AgNPs为研究对象，从水稻根系分泌物（RRE）三种组分化学性质异质性的视角，

探明不同组分RRE对AgNPs颗粒聚集、溶解和植物吸收的影响作用，并以水稻根系

分泌物模拟物为模型，分析了RRE对AgNPs植物毒性的影响效应，揭示了RRE对银

纳米颗粒生物有效性影响的作用机制。主要研究结果如下：

（1）以分子量不同的水稻根系分泌物为模式，以聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺和

柠檬酸包覆的三种不同表面电荷的AgNPs为材料，通过瑞利共振散射、电感耦合等离

子质谱和X射线光电子能谱等技术手段分析了不同组分RRE对不同表明电荷AgNPs

颗粒聚集、溶解和植物吸收的影响，结果表明：总分子量水稻根系分泌物（T-RRE）及

其低分子量水稻根系分泌物（L-RRE）和高分子量水稻根系分泌物（H-RRE）对不同

表面电荷AgNPs的聚集和溶解效应有明显差异；H-RRE可诱导AgNPs@PEI的聚集并

抑制其溶解，进而抑制水稻根系对AgNPs@PEI的生物积累，降低AgNPs@PEI的生物

有效性；T-RRE和L-RRE可促进AgNPs@Cit、AgNPs@PVP的溶解，但对其分散稳定

性和生物有效性无明显影响。

（2）在以上研究结果基础上，基于对H-RRE成分分析，选择海藻酸钠（SA）为

H-RRE组分中糖醛酸的模式分子，首先通过水稻水培实验，研究了海藻酸钠（SA）对

AgNPs@PEI植物毒性效应的影响。通过水稻根系表观形态、根系活力、抗氧化酶活性

以及细胞膜损伤程度等相关指标测定表明：SA在一定浓度范围内可以缓解

AgNPs@PEI对水稻根系造成的抑制作用；进一步通过分析了SA对AgNPs@PEI分散

I

稳定性的影响分析显示：低浓度的SA可诱导AgNPs@PEI发生聚集，并导致

AgNPs@PEI分散稳定性降低，从而降低AgNPs@PEI的生物有效性。

本研究为基于根系分泌物的视角解析植物与AgNPs之间的相互作用提供了一定的

数据支撑，也为基于根系分泌物实现金属纳米颗粒生物有效性的调控提供了些许借鉴。

关键词：银纳米颗粒；水稻根系分泌物；聚集；溶解；生物有效性；

项目资助：论文受到山西省回国留学人员科研资助项目（2022-122）的资助。

II

Theeffectmechanishofricerootexudatesonthebioavailabilityof

silvernanoparticles

ABSTRACT

Silvernanoparticles(AgNPs)isoneofthemostwidelyusedmetallicnanomaterialsin

commercialapplications.Whenreleasedintotheenvironment,AgNPswillinteractwithplant

microorganismsinacomplexmanner.Plantsarethebasisofecosystem.Ithasbeenreported

thatAgNPshavepotentialtoxiceffectsonplants,buttheeffectofplantsonthebioavailability

ofAgNPsinenvironmentalmediaremainstobefurtherexplored.Root