重金屬量子點(diǎn)在白芥子中的毒性、富集和遷移

  1.應(yīng)用LIBS（激光誘導(dǎo)擊穿元素光譜分析）技術(shù)測量納米顆粒在植物中的分布的文獻(xiàn)很少。Jozef Kaiser教授帶領(lǐng)的布爾諾科技大學(xué)激光光譜實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域進(jìn)行了一系列較深入的研究，包括銀納米顆粒研究、Cd核量子點(diǎn)、光子上轉(zhuǎn)換納米顆粒 (Krajcarova et al., 2017; Modlitbova et al., 2018c, 2019)等。 植物包括洋蔥、蘿卜、浮萍等。
  2.本案例中，白芥子中熒光量子點(diǎn)測量的平面分辨率達(dá)25μm，為迄今發(fā)表文獻(xiàn)中LIBS測量植物元素分布的最高平面分辨率。同時，20Hz快速測量使得元素分布高分辨率成像易用可行。
  3.LIBS元素分布成像技術(shù)與FluorCam葉綠素?zé)晒獬上窦夹g(shù)相結(jié)合，將有害元素破壞植物光系統(tǒng)的毒理機(jī)制研究推向深入。

  熒光量子點(diǎn)（QD）標(biāo)記較之傳統(tǒng)的生物探針，具有光穩(wěn)定性強(qiáng)等諸多優(yōu)勢，越來越廣泛的應(yīng)用于生物標(biāo)記、生物成像、生物靶向、向靶給藥等諸多領(lǐng)域中。但CdTe QD（無硅殼的Cd核量子點(diǎn)）在液體中會游離出Cd離子而毒害環(huán)境，硅殼處理是防止Cd游離的非常可行的解決辦法。
  Pavlina Modlitbova等（Jozef Kaiser團(tuán)隊(duì)）對不同濃度CdCl₂、CdTe QDs、CdTe/SiO₂ QDs（覆硅殼的CdTe核量子點(diǎn)）處理下的白芥子樣品進(jìn)行測量，通過元素分布研究其對Cd不同形式化合物的吸附、吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、富集的規(guī)律；通過根形態(tài)分析和葉綠素?zé)晒獬上穹治鲅芯科涠纠硪?guī)律，結(jié)果于2020年發(fā)表于Chemosphere雜志上。

1.元素分布測量：Cd于不同化合物中、不同濃度下在白芥子中的分布規(guī)律：
  Cd在白芥子中的富集隨化合物濃度升高而增強(qiáng)，并且CdCl₂ > CdTe QDs > CdTe/SiO₂ QDs。但Cd由根向地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)和分布比例卻是CdTe/SiO₂ QDs最高。

 （限于篇幅，LIBS成像本文只附200μM CdCl₂處理樣品圖）由LIBS圖像可見，CdCl₂和CdTe QDs分別處理后，Cd在白芥子中的分布規(guī)律是一致的：20μM時Cd只分布在根部2/3以下，200μM時，莖下半部分可以檢測到Cd元素。而CdTe/SiO₂ QDs無論高濃度還是低濃度，白芥子莖中都可以檢測到Cd元素。

2.根系形態(tài)分析和葉綠素?zé)晒獬上穹治觯貉芯堪捉孀訉d于不同濃度不同化合物的毒理響應(yīng)
  FluorCam葉綠素?zé)晒獬上駜?nèi)置NPQ、LC光響應(yīng)曲線、Kaustky誘導(dǎo)效應(yīng)等默認(rèn)測量程序，可以得到測量曲線、50多個葉綠素?zé)晒鈪?shù)及相應(yīng)圖像，本研究選取的參數(shù)及其差異的解讀如下：

  1.F₀變化: 200μm CdTe QDs處理下升高，原因可能是LHCs（捕光色素復(fù)合體）磷酸化作用及其從PSII分離，導(dǎo)致LHCs能量捕獲效率降低。而F₀降低可能是Cd導(dǎo)致葉綠素含量降低而引起。
  2.F_V/F_M和φ_PSII降低：通常認(rèn)為植物處于脅迫狀態(tài)。其可能的原因是Cd導(dǎo)致活性氧增加，造成類囊體膜的脂類和蛋白質(zhì)降解；Cd擾亂Ca離子從而導(dǎo)致放氧復(fù)合體喪失活性。結(jié)果是LHCs效率降低，PSII功能受抑制或者破壞。
  3.Rfd降低：意味著PSII處、PSII與PSI之間的電子傳遞鏈破壞，可能與Cd²⁺影響LHC、b6f色素復(fù)合體、質(zhì)體藍(lán)素功能穩(wěn)定性有關(guān)。

  通過比較根長和葉綠素?zé)晒獬上駞?shù)，得到Cd在不同化合物中對白芥子的毒性強(qiáng)度規(guī)律是：CdTe/SiO₂ QDs > CdTe QDs > CdCl₂；并且濃度越高影響越大。
  結(jié)合元素測量，其毒理機(jī)制可以解釋為:CdTe QDs和CdCl₂通過游離的Cd離子與植株直接接觸而對植株產(chǎn)生毒害；但CdTe/SiO₂ QDs在水中性質(zhì)穩(wěn)定，進(jìn)入植株根部后由木質(zhì)部向地上部分運(yùn)移，在該過程中釋放出Cd離子從而毒害植株。

參考文獻(xiàn)：Pavlína Modlitbov, Pavel Porízka, Jozef Kaiser et al., A Detail investigation of toxicity, bioaccum ulation, and translocatio n of Cd-base d quantum dots and Cd salt in white mustard. [J] Chemosphere., 251 (2020) 126174

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