银纳米颗粒与汞协同胁迫对水稻萌发及细胞完整性的毒性放大效应

本研究揭示了银纳米颗粒(AgNPs)与汞(Hg)复合污染对水稻萌发及幼苗生长的协同毒性机制。通过沙培实验发现，低浓度Hg(1.65 mg·kg-1)可提升发芽率至89.51%，但高浓度(8.25 mg·kg-1)与AgNPs(500 mg·kg-1)联用会显著抑制α-淀粉酶活性(降至0.25 μg·g-1 FW min-1)，导致株高降低39%。透射电镜和彗星实验证实AgNPs加剧了Hg诱导的氧化应激(POD、MDA升高)和DNA损伤，为农业纳米-重金属复合污染防控提供理论依据。

　　

Highlight

本研究系统评估了银纳米颗粒(AgNPs)对汞(Hg)胁迫下水稻萌发及生长的调控作用。结果表明，Hg单独处理时呈现典型的浓度双重效应：低浓度(1.65 mg·kg^-1)促进发芽率(提升9.88%)和α-淀粉酶活性(达0.34 μg·g^-1 FW min^-1)，而高浓度(8.25 mg·kg^-1)产生抑制。当AgNPs(50-500 mg·kg^-1)介入后，这种效应被显著改变——50 mg·kg^-1 AgNPs使α-淀粉酶活性飙升至0.49 μg·g^-1，但500 mg·kg^-1组却骤降至0.25 μg·g^-1，揭示出纳米颗粒浓度依赖的"增益-抑制"转换特性。

材料与方法

实验选用华航31号水稻，采用更接近自然土壤条件的沙培体系。Hg(NO₃)₂设置0-8.25 mg·kg^-1梯度，AgNPs(上海耀天纳米材料)配置0-500 mg·kg^-1浓度，通过测定发芽参数、生物量、抗氧化酶(POD)活性和丙二醛(MDA)含量评估毒性效应。细胞超微结构采用透射电镜观察，DNA损伤通过彗星实验定量。

结论

AgNPs如同"毒性放大器"，通过三种机制增强Hg危害：(1)促进Hg在组织累积，使根部汞含量提升2.1倍；(2)激发氧化风暴，POD活性最高增加217%；(3)破坏细胞膜完整性，MDA水平上升53%。电镜显示线粒体嵴断裂和叶绿体解体，彗星尾距延长证实基因毒性。该研究为纳米材料-重金属"鸡尾酒效应"的农业风险评估提供了分子层面证据。