纳米与常规氧化镉对大麦光合系统的毒性效应比较及其生态风险评估

本文系统研究了纳米级与常规氧化镉(CdO)对大麦(Hordeum vulgare)光合系统的毒性差异。研究发现纳米CdO显著降低叶绿素(Chl a/b)和类胡萝卜素(Car)含量，并引发叶绿体超微结构损伤（类囊体紊乱）和光化学活性下降，同时激活非光化学淬灭(NPQ)和磷酸戊糖途径等保护机制。研究为评估重金属纳米颗粒对农作物光合作用的长期影响提供了重要依据。

　　

Highlight

纳米与常规氧化镉(CdO)对大麦光合系统的毒性效应比较

实验设计

纳米CdO通过硝酸镉(Cd(NO₃)₂·4H₂O)与氨水反应合成，经600°C煅烧后获得。X射线衍射显示特征峰(2θ=33.03°,38.33°)，晶面间距2.709?证实其纳米结构。

光合色素与5-氨基乙酰丙酸(ALA)浓度

纳米CdO处理组叶绿素a(Chl a)和b(Chl b)分别降至0.84±0.015mg/g和0.29±0.01mg/g，而常规CdO无显著影响。有趣的是，所有处理组的ALA（叶绿素前体）浓度反增31-57%，暗示纳米颗粒特异性地阻断叶绿素合成后期步骤。

讨论

叶绿体超微结构显示：纳米CdO引发类囊体膜堆叠紊乱，同时伴随ATP合酶基因表达抑制。低浓度CdO刺激光合电子传递链基因短暂上调，而高浓度则导致光系统II(PSII)反应中心损伤。非光化学淬灭(NPQ)的2倍增长揭示植物启动光保护机制。

结论

纳米CdO通过双重机制破坏光合作用：既抑制卡尔文循环关键酶（如核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶），又激活磷酸戊糖途径——这种"代谢重编程"现象为首次在重金属纳米毒性中发现。研究强调需关注纳米颗粒农业生态风险。