磁性氧化铁纳米粒子对小麦（Triticumaestivum L.）发育的影响：评估氧化损伤外文翻译资料

 2022-06-12 08:06

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磁性氧化铁纳米粒子对小麦（Triticumaestivum L.）发育的影响：评估氧化损伤

摘要：据估计，广泛使用的纳米材料最终会大量的释放到环境中，所以在过去的近几年中，对纳米材料在环境的影响的关注度日趋增加。在这项研究工作中，评估了柠檬酸包被的Fe 3 O 4纳米颗粒（5,10,15,20 mg L -1）在水培条件下处理生长五天的小麦（Triticum aestivum L.）植物中的生理作用和纳米颗粒可能的细胞内化。透射电子显微镜观察根部切片表明，Fe3O4纳米颗粒通过外质体途径进入根部以及在根表皮细胞壁中检测到Fe3O4纳米颗粒。此外，在用Fe3O4纳米粒子处理的小麦根中观察到，通过振动样品磁力测定法（VSM）检测到的强磁信号发现Fe含量的巨大增加（分别为NP20和C-NP20处理分别为8.07和2.01mg g -1 DW。然而，在小麦地上部分没有检测到超顺磁性信号，这表明在本研究的实验条件下，在小麦植物中磁铁矿纳米颗粒未被进入维管组织向上进行运输。此外，Fe3O4纳米颗粒不影响发芽率，叶绿素含量和植物生长，并且不产生脂质过氧化，也不改变对照植物的O2或H2O2积累。此外，电解质释放和细胞死亡百分比没有因为纳米颗粒处理而发生改变。纳米粒子处理的植物的抗氧化酶活性在根和地上部分相对于对照显著增加，表现出处理后植物抗氧化损伤的能力明显提高。这些初步结果表明，这些Fe3O4纳米颗粒不具有植物毒性，这表明它们可能有助于设计用于农业用途的新产品。

1.简介

全球范围内，工程化的纳米颗粒（NP直径1-100纳米）的增加和释放到环境中引起了严重的生态和人类健康问题。不同的纳米粒子在生物和工业上的使用越来越多，因此有必要深入了解这些纳米材料对生物活体潜在的不利其健康生长的影响，因为它们可以通过水运输并积累在土壤中（Ma等，2015 ; Hossain等，2015）。考虑到食物原料不仅是营养物质的来源而且有助于消费者的健康，植物可能将纳米粒子运送到食物链中，纳米粒子可能会对人类和动物的健康构成威胁。关于植物中纳米粒子吸收，转运和毒性的报道很多，但表现出的结果有些矛盾，根据使用的纳米粒子，它们的大小和植物种类不同而有所不同（Arruda et al。，2015;Chichiriccograve;and Poma，2015; Lin和Xing，2007; Ma等，2015; Miralles等，2012; Ren等，2011及其中的参考文献）。 Zhu等人首次在植物中使用Fe3O4纳米颗粒进行了研究。 （2008），他们证明南瓜植物对这些类型的纳米粒子有显着的吸收作用，并且随后在各种组织中发生了转运和积累。据报道，在大豆植物中，氧化铁纳米粒子影响叶绿素含量，并可能影响光合作用反应不同阶段的生化和酶促效率（Ghafariyan et al。，2013）。

尽管大多数纳米粒子比植物细胞壁孔（3.5-5nm）具有更大的尺寸（Chichiriccograve;和Poma，2015;以及其中的参考文献），但已经表明它们可以通过不同机制进入植物根细胞，包括水孔蛋白（Miwa等，2010），内吞作用（Eggenberger等，2009），膜转运系统（Miwa等，2010; Gojon等，2009），通过与环境介质中的载体蛋白或有机化学物质结合(Rico et al.,2011），通过细胞壁组分的交联产生新的孔（Fleischer等，1999）。根据纳米粒子的类型，它们可以在根中累积或通过木质部或韧皮部转运到其他组织（Cifuentes等，2010）。纳米粒子在细胞间的运动可以通过胞间连丝发生，并且在细胞内部，它们可以通过内细胞胞吐作用或通过质外体和质体转运（Chichiriccograve;和Poma，2015; Cifuentes等，2010;和其中的参考; Rico等，2011）。有人提出维管组织可能在纳米粒子长距离传输过程中发挥重要作用（Ma et al。，2010），正如CuO纳米颗粒的机制一样，这些颗粒在植物木质部中被木质部向上运输，通过韧皮部向下运输，（王等人，2012）。然而，需要进一步研究以了解不同纳米粒子在几种植物物种中的吸收，运输和影响的作用机制。

通常认为磁铁矿纳米粒子氧化铁是生物化学惰性的（Ren等人，2011）由于它们的磁性特性而用于成像和分离技术。此外，这些纳米粒子可以涂上催化剂或酶，以获得具有双重功能的纳米粒子：分离和检测（Gao et al。，2007）。此外，Fe3O4纳米颗粒越来越多地用于生物医学领域（Kohler等，2005; Mahmoudi等，2011）和环境修复领域（Liu等，2008; Shipley等，2011; Yantasee等， 2007）。在这样的研究背景条件下，这项工作的目的是为了确定Fe3O4纳米颗粒是否对发芽和小麦生长的早期阶段具有毒性作用，以便在这个关键阶段避免潜在的毒性效应，因为这些纳米材料很有可能被用于接种菌的载体。考虑到未来的接种剂可以基于不抑制细菌生长的纳米粒子的浓度来配制，在这项工作中，我们决定使用纳米粒子浓度高达20mg L-1，正如其他作者报道的在细菌中使用Fe3O4的纳米粒子的浓度（Ghalamboran等，2009; Ghalamboran和Ramsden，2010）。

2材料与方法

2.1 纳米粒子的合成和性质如de Sousa等人所述，通过在过量的氨NH 4 OH溶液存在下共沉淀氯化铁和氯化亚铁来制备Fe 3 O 4纳米粒子。（2013年）。 所获得的磁铁矿核心通过其表面上的柠檬酸（CA）吸附而带负电荷。 磁铁矿纳米粒子10纳米大小，通过CA涂层静电稳定（Z-电势=〜36mV），获得流体动力学尺寸在〜18nm范围内并且良好分散在水溶液中。 静电稳定防止了在摄取时间内的聚集，确保种子或根在整个处理溶液中与NP接触。 使用K2Cr2O7作为滴定剂，以2％的精确度确定胶体浓度为20mg / ml-1NPs（以每溶液体积Fe3O4质量表示）。

2.2 纳米粒子的稳定性测定
将磁铁矿纳米颗粒或等毫升的纳米颗粒和Hoagland溶液在80V施加电压下在2.5％水平琼脂糖凝胶上电泳以评估表面电荷，电泳迁移率和纯度水平（Morneau等，1999; Sahoo等，2005）。使用浊度法来推断Hoagland溶液的稳定性。 在Hitachi U-2000分光光度计（Zins等，1999）中，在700nm处测量作为时间函数的吸光度。

2.3 植物生长条件和处理

使小麦（Triticum aestivum L.）种子（由Nidera，Argentina提供）在含有10ml处理溶液（蒸馏水，5,10,15或20mg / L中的磁铁矿纳米粒子的培养液），然后置于培养箱中24℃黑暗中48小时。此后，将幼苗转移至含有上述纳米粒子浓度的Hoagland（Hoagland和Arnon，1950）溶液（C）或Hoagland溶液的水培系统。因此，这些处理被称为NP5，NP10，NP15和NP20。当种子在蒸馏水中发芽，然后暴露于NPs处理的水培系统中时，处理被称为C，然后是NPs浓度（C-NP）：C（Hoagland溶液）C-NP5，C-NP10，C- NP15和C -NP20。处理液每天更换一次。植物在受控的环境生长室内，在荧光白光（光子通量密度：175mmol / m 2 s 1）下，在26/20 C下以16 / 8h光周期生长植物。经过5天的生长后收获，根和地上部分用于分析。

2.4 磁铁矿毒性对小麦种子萌发和幼苗生长的影响
记录小麦种子在蒸馏水或NPs处理溶液中生长48小时后胚芽发芽率。为了研究磁铁矿NPs对幼苗生长的毒性，在每种处理溶液生长五天后，每种处理（C，NP或C-NP）25-30个植物用于测量根或地上部分长度。

2.5 叶绿素含量
对于叶绿素测定，将100mg FW小麦叶片在50-60℃下在5ml 96％乙醇中浸泡直至完全漂白。如Wintermans和de Mots（1965）所述，然后在Hitachi U-2000分光光度计上在654nm处测乙醇上清液分光光度值测定叶绿素含量。

2.6 铁的含量分析
为了分析铁金属含量，将种子，根或地上部分在80℃下干燥15天并研磨。 将得到的细粉末（约100mg DW）在170℃下在HNO3:HClO4（3：1v / v）的混合物中消化并且通过原子吸收光谱法（Perkin Elmer Analyst 300）进行金属含量测定。

2.7 氧化应激
2.7.1 原位O2含量定位
使用0.05％（w / v）氮蓝四唑（NBT）溶液测量O2含量，所述氮蓝四唑（NBT）与O2反应并产生蓝色的formazan沉淀。 DPI（NADPH氧化酶抑制剂）用作对照（Bolwell等，1998; Frahry和Schopfer，1998）。

2.7.2 原位H2O2含量定位
H2O2的含量通过使用3,30二氨基联苯胺（DAB）的组织化学方法来确定。 棕色斑点的出现表明H2O2的形成（Thordal-Christensen等，1997）。 使用抗坏血酸（抗氧化剂）作为对照。

2.7.3 硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）的测定
如Heath和Packer（1968）所述，通过估计硫代巴比妥酸反应物质（TBARS）来测定根和地上部分中的脂质过氧化产物的水平。 使用消光系数（155 mM 1 cm 1）计算TBARS含量。

2.7.4 酶制剂和分析制备用于测定植物匀浆的抗坏血酸过氧化物酶（APOX，EC 1.11.1.11），愈创木酚过氧化物酶（GPOX，EC 1.11.1.7），超氧化物歧化酶（SOD，EC 1.15.1.1）和过氧化氢酶（CAT，EC 1.11.1.6）反应体系含有0.5mM EDTA，1g PVP和0.5％（v / v）Triton X-100的50mM pH7.8磷酸盐缓冲液。根据Nakano和Asada（1981）在上清液中测定APOX活性。 如Maehly和Chance（1954）所述测定GPOX活性，如Becana等人所述测定SOD活性 （1986），根据Chance等人测定CAT活性。（1979年）。

2.8 细胞死亡检测和膜损伤
2.8.1 伊文思蓝染色
为了确定暴露于磁铁矿纳米颗粒过程中细胞活力的变化，在室温下用0.25％（w / v）Evans Blue水溶液（Baker and Mock，1994）浸泡小麦叶片15分钟，然后用蒸馏水清洗两次， 并放置在蒸馏水中过夜。 然后将样品在50℃下用甲醇-SDS溶液浸泡1小时，并在595nm处测量吸光度值。

2.8.2 电解质渗漏（电导率）
为了测量电解质渗漏，将根部和地上部分样品用蒸馏水彻底洗涤，并用10ml去离子水保存在封闭的小瓶中。 为了估算电解质渗漏程度（Shou等人，2004），在与不同处理（T1）温育后和在100℃加热1小时（T2）之后，在初始时间（To）测量每种溶液的电导率。 结果表示为相对电导率[（T 1 T 0）/（T 2 T 0）]times;100。

2.9 磁化测量
使用来自C，C-NP或NP处理的另一组干燥的根，种子和地上部分来检测纳米粒子的存在并估计纳米粒子摄取。 在室温下测量特定磁化强度（M）作为外加磁场（H）的函数。 磁化测量重复进行。 使用振动样品磁力测定法（VSM）LakeShore 7404在室温下进行磁化测量，最大磁场为20,000 Oe（Wang et al。，2011）。

2.10 透射电子显微镜分析
从幼苗根部（包括根尖）和芽苗中取出节段（直径1mm，长度10mm）。 为了显现NP吸收，将一些样品固定并使用透射电子显微镜（TEM）观察。 将小麦样品（根或芽）用2％戊二醛预先固定，用含0.1％蔗糖的pH7磷酸盐缓冲液洗涤，用1.5％（w / v）四氧化锇固定，用丙酮脱水，过滤并包埋在环氧树脂 （林和邢，2008）。 使用配备有钻石刀的超薄切片机从嵌入的样品中切出薄切片。 通过透射电子显微镜无对比性检查切片（TEM蔡司109T与GATAN数码相机）。

2.11 统计
所有数据都是三组独立实验的平均值。 每个值都表示为平均值，用标准误差（SE），最少三次重复。 统计学分析采用单因素方差分析，使用Tukey检验来评估平均数是否显着不同，取星号* p lt;0.05，两个星号** p lt;0.01，三个星号*** p lt;0.001作为显着性。

3.结果

3.1 Fe3O4纳米粒子分析
图1A显示了在水悬浮液中CA涂覆的磁铁矿纳米颗粒的典型TEM图像。 Fe3O4纳米颗粒的平均尺寸为10.9plusmn;1.8nm（n = 25）。
进行电泳测定以确定纳米颗粒的表面电荷是否受到Hoagland溶液的影响。 图1B显示Fe3O4纳米颗粒在营养液中稳定，因为它们迁移到距离原点相同的距离。 同时，水中或Hoagland溶液中的Fe3O4纳米粒子的吸光度随时间而变化（数据未显示），表明NPs悬浮液未被聚集。

3.2 Fe3O4 NP处理对种子萌发，叶绿素含量和植株伸长的影响
研究了Fe3O4 NP在小麦萌发和生长的前5天。 Fe3O4 NP处理不影响种子萌发（图2A）。所有处理的种子平均发芽率为90％。从图2B和C可以看出，所有小麦叶片的叶绿素含量都是相似的，与处理和施用处理的时间无关。
从萌发开始（NP处理）用Fe3O4纳米颗粒处理的植物的小麦地上部分长度与对照相比没有显着差异（p lt;0.05，图3A），但是在15和20mgL-1NPs下，根长度增加了20％ 。（图3B，NP15和NP20，p lt;0.05）。当发芽后（NP-NP处理），用NPs处理小麦植株时，根长增加仅仅在15mg / L的NPs（图3D，C-NP15，p lt;0.05）和地上部分长度与5mg / L的NP（图3C，C-NP5 p lt;0.05）。

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