玉米叶片中金属氧化物纳米颗粒的叶面吸收与分布

文章来源：发布时间：2025-02-18 09:07:02浏览数量：

文献摘要:植物通过根系从土壤中吸收金属的过程已被广泛研究，但近年来，自然或人工合成的金属氧化物纳米颗粒（NPs）在环境中的分布日益广泛，包括土壤、水体和大气中。这些纳米颗粒能够沉积在叶片表面并被植物吸收，目前气孔被认为是纳米颗粒叶面吸收的重要途径，但非气孔吸收（如通过角质层）也已被报道。同时，纳米颗粒的物理化学性质（如粒径、疏水性、表面电荷和溶解性）对叶面吸收具有显著影响，但目前对其具体作用机制尚缺乏深入理解。本研究通过实验室规模的实验，研究了玉米叶片对Fe3O4、Cr2O3、CuO和ZnO纳米颗粒的叶面吸收和分布特征。揭示了不同纳米颗粒在植物体内的分布和迁移能力的差异提供理论参考。
主要发现：
1.玉米叶片对Fe₃O₄纳米颗粒的吸收不依赖于气孔开闭，表明非气孔途径（如通过表皮和角质层）在纳米颗粒的叶面吸收中起重要作用；
2.纳米高光谱显微成像技术表征了Fe₃O₄、Cr₂O₃和CuO纳米颗粒主要积累在叶片的角质层区域，难以穿透角质层进入叶片内部组织；
3.与Cr、Cu和Zn相比，Fe₃O₄纳米颗粒在玉米叶片中的转位能力更为显著。暴露于Fe₃O₄纳米颗粒后，铁元素能够迁移到未暴露的叶片、茎和根中；
Figure 1展示了玉米叶片在暴露于不同金属氧化物纳米颗粒（NPs）后的分布特征。通过纳米高光谱显微成像技术观察到Fe₃O₄（S-Fe₃O₄）、Cr₂O₃和CuO纳米颗粒主要积累在叶片的角质层区域（包括外角质层和内角质层），而ZnO纳米颗粒则表现出不同的分布模式。具体而言，ZnO纳米颗粒能够穿透角质层，并在表皮细胞和叶肉细胞的细胞间隙中均匀分布，甚至可以到达叶片的下表皮。这种分布差异可能与ZnO纳米颗粒的较高溶解性和亲水性有关，使其更容易穿过角质层并进一步迁移。相比之下，Fe₃O₄、Cr₂O₃和CuO纳米颗粒由于其较强的疏水性，更倾向于被角质层捕获，难以进一步渗透到叶片内部组织。此外，研究还发现Fe₃O₄和ZnO纳米颗粒在维管束的细胞间隙中存在，表明它们可能通过维管系统在植物体内迁移。

Figure 1. 金属氧化物NPs在暴露叶片中的分布。暴露于1000 mg/ l的Fe₃O₄ (S-Fe₃O₄)（a−c）、Cr₂O₃（d−f）、CuO（g−i）和ZnO NP（j−l）悬浮液中的玉米叶片截面的纳米高光谱成像.
本研究通过探究玉米叶片对Fe₃O₄ 、Cr₂O₃、CuO和ZnO纳米颗粒（NPs）的叶面吸收、分布和迁移特性，发现玉米叶片对Fe₃O₄ 纳米颗粒的吸收能力最强，且这种吸收主要通过非气孔途径（如角质层）实现，而非依赖气孔开闭。Fe₃O₄ 纳米颗粒在叶片中的积累量显著高于其他金属氧化物纳米颗粒，这可能与其较小的粒径（约200 nm）、负电荷和疏水表面有关。相比之下，ZnO纳米颗粒由于其较高的溶解性和亲水性，能够穿透角质层并进一步迁移至表皮细胞和叶肉细胞的细胞间隙中，甚至到达叶片的下表皮。通过纳米高光谱显微成像技术和扫描电镜分析，研究还发现Fe₃O₄ 和ZnO纳米颗粒能够进入维管束系统，表明它们可能通过韧皮部和木质部在植物体内迁移，为理解金属氧化物纳米颗粒如何通过叶面途径进入食物链提供了重要的理论依据，并提示了其潜在的环境和健康风险。
参考文献：Belhaj Abdallah, B.; Andreu, I.; Chatti, A.; Landoulsi, A.; Gates, B. D. Size Fractionation of Titania Nanoparticles in Wild Dittrichia viscosa Grown in a Native Environment. Environ.