石墨烯對(duì)高等植物幼苗的毒性及機(jī)理探究

徐亞楠，徐立娜

1. 中國(guó)海洋大學(xué)海洋環(huán)境與生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青島 266100 2. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)園林與林學(xué)院，青島 266100

石墨烯(graphene)是一種重要的二維碳納米材料，具有非常穩(wěn)定的碳結(jié)構(gòu)[1-2]。近年來(lái)，石墨烯依靠本身獨(dú)特的電學(xué)性質(zhì)[3]、光學(xué)性質(zhì)[4]、機(jī)械性能[5]及巨大的比表面積[6]，在電池、電子設(shè)備、生物醫(yī)藥、材料和儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[7-8]。隨著石墨烯材料及其相關(guān)產(chǎn)品的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用、清理和廢棄等過(guò)程，石墨烯不可避免地會(huì)釋放到環(huán)境中，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生一定的威脅[9]。因此，了解石 墨烯材料的健康和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)石墨烯材料的安全應(yīng)用至關(guān)重要。

植物作為生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者，其多樣性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的平衡至關(guān)重要。目前已有諸多研究表明，石墨烯材料對(duì)植物生長(zhǎng)存在毒性效應(yīng)。例如，Begum等[10]通過(guò)研究石墨烯對(duì)卷心菜、番茄和紅莧菜幼苗生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)石墨烯能夠抑制植物生長(zhǎng)，并對(duì)植物根部產(chǎn)生物理?yè)p傷及氧化損傷。Hao等[11]的研究表明，還原氧化石墨烯對(duì)水稻莖高和根長(zhǎng)產(chǎn)生抑制效應(yīng)，并顯著降低根皮質(zhì)細(xì)胞直徑，導(dǎo)致細(xì)胞收縮變形。Zhang等[12]研究了石墨烯對(duì)番茄幼苗生長(zhǎng)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)石墨烯能夠滲透入液泡及在根尖沉積，從而抑制生物量的積累。然而，也有文獻(xiàn)表明，石墨烯對(duì)植物生長(zhǎng)具有促進(jìn)作用。例如，通過(guò)調(diào)節(jié)赤霉素(GA)的生物合成促進(jìn)幼苗根和莖的生長(zhǎng)[12]。綜上所述，關(guān)于石墨烯植物毒性的研究還存在爭(zhēng)議。并且，石墨烯對(duì)單子葉植物和雙子葉植物影響的研究還較為缺乏。

黃瓜和玉米是典型的雙子葉和單子葉植物，其作為廣泛種植的經(jīng)濟(jì)作物，已被廣泛地用作納米顆粒的毒理學(xué)研究。但目前關(guān)于石墨烯對(duì)黃瓜和玉米幼苗毒性效應(yīng)的研究尚未有報(bào)道。基于此，本文以雙子葉子植物黃瓜和單子葉植物玉米作為受試植物，采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究石墨烯對(duì)植物幼苗生長(zhǎng)的影響，并探究其對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制的機(jī)理，為石墨烯的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 石墨烯的特性表征

實(shí)驗(yàn)采用的石墨烯購(gòu)于美國(guó)石墨烯公司(American Graphene Supermarket Co. Ltd.)，純度>99.9%。將5 mg石墨烯懸浮于100 mL無(wú)水乙醇中，利用超聲清洗機(jī)超聲分散(100 W, 40 kHz) 1 h。取配制的溶液滴加到銅網(wǎng)上，自然風(fēng)干，利用透射電子顯微鏡(TEM) (JEM-2100，JEOL，日本)觀察石墨烯的形態(tài)。取配制的溶液滴加到云母載玻片上，自然風(fēng)干，使用原子力顯微鏡(AFM) (Agilent5400，Agilent Technologies Co.，美國(guó))觀察并分析石墨烯的厚度。稱(chēng)取5 mg干燥的石墨烯樣品過(guò)60目篩，利用元素分析儀(Vario Elemental Analyzer，Elementar，德國(guó))測(cè)定碳(C)、氧(O)、硫(S)、氫(H)和氮(N)元素的含量。利用傅立葉紅外光譜儀(FTIR) (Nicolet6700，Thermo Fisher Scientific Inc., 美國(guó))測(cè)量石墨烯表面含有的官能團(tuán)。利用全自動(dòng)物理化學(xué)吸附儀(Autosorb-1，Quantachrome，美國(guó))，使用Brunauere-Emmette-Teller (BET)方法測(cè)得石墨烯的比表面積。稱(chēng)取5 mg石墨烯，分別加入到100 mL蒸餾水、1/4單子葉營(yíng)養(yǎng)液和1/4雙子葉營(yíng)養(yǎng)液中，調(diào)節(jié)pH值在6.5～7.0之間，超聲分散1 h，制備成50 mg·L-1的石墨烯懸浮液，利用粒度分析儀(Zetasizer Nano ZS90，Malvern Instruments Ltd，英國(guó))測(cè)量其Zeta電位。配制2 000 mg·L-1石墨烯懸浮液，黑暗中靜置7 d后10 000 r·min-1條件下高速離心，用0.22 μm一次性針頭濾器(聚醚砜(PES)膜，美侖)過(guò)濾，之后利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)(Agilent 7500，Agilent Technologies，美國(guó))測(cè)定濾液中石墨烯釋放的離子濃度，用蒸餾水作為對(duì)照。

1.2 植物幼苗培養(yǎng)及處理方法

實(shí)驗(yàn)所用的黃瓜和玉米種子購(gòu)于山東省青島市城陽(yáng)種子站，種子的發(fā)芽率大于90%。挑選大小一致、顆粒飽滿的黃瓜和玉米種子，用10% H2O2對(duì)種子進(jìn)行消毒10 min，蒸餾水沖洗3遍，將種子放置到鋪有濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿中發(fā)芽，7 d后選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的黃瓜幼苗和玉米幼苗分別移入培養(yǎng)盆中，分別加入1/4雙子葉營(yíng)養(yǎng)液(K2SO4，32.68 mg·L-1；Ca(NO3)2，118.08 mg·L-1；MgSO4·7H2O，40.05 mg·L-1；KH2PO4，8.51 mg·L-1；KCl，1.86 mg·L-1；Fe-EDTA，10.53 mg·L-1；MnSO4·H2O，0.042 mg·L-1；CuSO4·5H2O，0.006 mg·L-1；ZnSO4·7H2O，0.072 mg·L-1；(NH4)6Mo7O24，0.015 mg·L-1；H3BO3，0.154 mg·L-1)和1/4單子葉營(yíng)養(yǎng)液(K2SO4，32.68 mg·L-1；Ca(NO3)2，118.08 mg·L-1；MgSO4·7H2O，40.05 mg·L-1；KH2PO4，8.51 mg·L-1；KCl，1.86 mg·L-1；Fe-EDTA，10.53 mg·L-1；MnSO4·H2O，0.042 mg·L-1；CuSO4·5H2O，0.006 mg·L-1；ZnSO4·7H2O，0.072 mg·L-1；(NH4)6Mo7O24，0.015 mg·L-1；H3BO3，0.015 mg·L-1)。每天光照12 h，光照強(qiáng)度16 500 lx；20～25 ℃/15～20 ℃(白天/夜晚)；濕度保持在60%～70%左右；持續(xù)曝氣。植物幼苗在長(zhǎng)至兩葉一心時(shí)，進(jìn)行石墨烯暴露處理。實(shí)驗(yàn)設(shè)置了7個(gè)不同的處理組，即去離子水空白對(duì)照(CK)與10、50、100、500、1 000和2 000 mg·L-1石墨烯處理，每個(gè)處理均設(shè)置5個(gè)重復(fù)。每隔5 d更換一次營(yíng)養(yǎng)液，并重新加入石墨烯懸浮液，處理時(shí)間持續(xù)15 d。每隔3 d從每個(gè)處理組里面選取5棵長(zhǎng)勢(shì)一致的植物，測(cè)量株高；用全自動(dòng)根系掃描分析儀(WinRHIZO Pro.2005b，加拿大)掃描，分析根長(zhǎng)、根尖數(shù)和葉面積；用電子天平稱(chēng)量鮮重。將植物放入105 ℃的烘箱中進(jìn)行殺青處理，再放置到65 ℃烘箱中進(jìn)行24 h烘干，之后稱(chēng)量植物的干重。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制植物生長(zhǎng)曲線。

1.3 物理?yè)p傷測(cè)定

取1 000 mg·L-1石墨烯處理過(guò)的黃瓜和玉米幼苗的根部，用蒸餾水沖洗干凈，用pH=7.2的磷酸緩沖液(PBS)沖洗2次，將根系分散于2.5%的戊二醛中固定12 h，然后再用PBS沖洗3次，加入戊二醛中二次固定，乙醇分級(jí)脫水，叔丁醇包埋，冷凍干燥，噴金處理，利用掃描電子顯微鏡(SEM，S-4800，Hitachi，日本)進(jìn)行觀察。

1.4 氧化損傷測(cè)定

取1 000 mg·L-1石墨烯處理15 d的新鮮植物幼苗，按照1∶9的體積比加入生理鹽水，冰浴條件下用勻漿機(jī)進(jìn)行勻漿。取上清液，采用2’,7’-二氯熒光黃雙乙酸鹽(DCFH-DA)探針測(cè)量植物體內(nèi)產(chǎn)生的氧自由基(ROS)含量；采用硫代巴比妥酸反應(yīng)產(chǎn)物(TBARS)測(cè)定丙二醛(MDA)，利用酶標(biāo)儀(MultiskanFC, Thermo Fisher Scientific Inc., 美國(guó))在532 nm處測(cè)定吸收峰，計(jì)算反應(yīng)產(chǎn)物。

1.5 營(yíng)養(yǎng)耗竭實(shí)驗(yàn)

稱(chēng)取0.05 g石墨烯加入50 mL 1/4雙子葉營(yíng)養(yǎng)液或者1/4單子葉營(yíng)養(yǎng)液(pH 6.5～7.0)，超聲分散，配制成1 000 mg·L-1石墨烯懸浮液，放置在黑暗環(huán)境中5 d，5 d后高速離心(10 000 rmin-1)分離，用0.22 μm一次性針頭濾器過(guò)濾，利用ICP-MS測(cè)定營(yíng)養(yǎng)液中的離子濃度，用蒸餾水作為對(duì)照。并用凱氏定氮儀測(cè)定溶液中總氮含量。利用鉬酸銨分光光度法測(cè)定營(yíng)養(yǎng)液中總磷含量的變化。

在營(yíng)養(yǎng)液中加入石墨烯，石墨烯的濃度分別為50、100、500和1 000 mg·L-1，將營(yíng)養(yǎng)液放置5 d，過(guò)濾取其上清液，利用上清液培養(yǎng)植物，每5天換一次營(yíng)養(yǎng)液。植物培養(yǎng)15 d后，測(cè)量植物株高、地上部/根部鮮重和干重、根長(zhǎng)、根尖數(shù)以及葉面積參數(shù)。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

所有處理至少有3個(gè)重復(fù)，結(jié)果顯示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析使用Microsoft Excel 2013軟件，利用DPS12.5軟件中的單因素方差分析(Analysis of Variance，ANOVA，LSD檢驗(yàn)法)進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn)(P<0.05)。

2 結(jié)果(Results)

2.1 石墨烯的特性表征

圖1 石墨烯(a)透射電子顯微鏡(TEM)照片和(b)原子力顯微鏡(AFM)照片F(xiàn)ig. 1 (a) Transmission Electron Microscope (TEM) image of graphene sheets; (b) Atomic Force Microscopy (AFM) image of graphene sheets

2.2 石墨烯對(duì)黃瓜和玉米幼苗的毒性效應(yīng)

在營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)條件下，不同濃度的石墨烯(0、10、50、100、500、1 000和2 000 mg·L-1)懸浮液處理植物15 d后，黃瓜和玉米生長(zhǎng)的各參數(shù)的變化曲線分別如圖2和圖3所示。石墨烯能夠抑制植物幼苗的生長(zhǎng)，且隨著石墨烯濃度以及暴露時(shí)間的增加，對(duì)黃瓜和玉米幼苗的毒性也明顯增強(qiáng)。對(duì)于黃瓜幼苗，在第15天，2 000 mg·L-1石墨烯處理組與對(duì)照組相比，根部鮮重和干重都減少了86%(圖2(a)和圖2(b))，地上部鮮重和干重分別減少了77%(圖2(c))和76%(圖2(d))。對(duì)于玉米幼苗，2 000 mg·L-1石墨烯處理組與對(duì)照組相比，根鮮重和干重分別減少了40%(圖3(a))和33%(圖3(b))，其地上部生物量沒(méi)有發(fā)生顯著性變化(圖3(c)和圖3(d))。與對(duì)照相比，石墨烯處理顯著降低了根長(zhǎng)和根尖數(shù)以及株高和葉面積，且抑制效應(yīng)也都存在著時(shí)間和濃度效應(yīng)。

圖2 石墨烯對(duì)黃瓜幼苗的影響Fig. 2 Effects of graphene on the growth of cucumber seedlings

2 000 mg·L-1石墨烯處理植物幼苗15 d，黃瓜根長(zhǎng)、根尖數(shù)、株高和葉面積分別減少了90%(圖2(e))、84%(圖2(f))、36%(圖2(g))和72%(圖2(h))。玉米根長(zhǎng)、根尖數(shù)、株高和葉面積分別減少了33%(圖3(e))、36%(圖3(f))、7.8%(圖3(g))和29%(圖3(h))。以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與玉米幼苗相比，黃瓜幼苗對(duì)石墨烯更加敏感。

2.3 物理?yè)p傷

石墨烯具有鋒利的邊緣，與植物根系接觸可能會(huì)對(duì)植物造成物理?yè)p傷。使用SEM觀察黃瓜和玉米根系(圖4和圖5)發(fā)現(xiàn)：石墨烯處理過(guò)的黃瓜(圖4(b))根冠有明顯的切割傷痕；未處理的黃瓜成熟區(qū)(圖4(c))表面光滑、有根毛，石墨烯處理過(guò)的黃瓜成熟區(qū)(圖4(d))表面有明顯的切割痕跡。這說(shuō)明，石墨烯能夠通過(guò)切割作用對(duì)植物幼苗根系造成直接的物理?yè)p傷。Begum等[10]在研究中觀察到石墨烯對(duì)卷心菜、番茄、紅莧菜和生菜根部造成物理?yè)p傷，出現(xiàn)表皮脫落的現(xiàn)象。對(duì)于玉米幼苗，未處理的玉米幼苗根部較細(xì)，根冠和根成熟區(qū)較為光滑(圖5(a)和圖5(c))，與對(duì)照相比，1 000 mg·L-1石墨烯處理過(guò)的玉米根冠(圖5(b))和成熟區(qū)(圖5(d))變粗受損。

圖3 石墨烯對(duì)玉米幼苗生長(zhǎng)的影響Fig. 3 Effects of graphene on the growth of maize seedlings

表1 石墨烯懸浮液釋放的離子Table 1 Ions released of graphene suspension

注：表中數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；*代表與對(duì)照組相比有顯著性差異(P<0.05)。

Note: Data are expressed as Mean±SE; significant difference (P<0.05) between graphene treatments and control group is marked with “*”.

圖4 黃瓜根掃描電子顯微鏡(SEM)照片注：(a)對(duì)照，根冠；(b)石墨烯處理(1 000 mg·L-1)，根冠；(c)對(duì)照，成熟區(qū)；(d)石墨烯處理(1 000 mg·L-1)，成熟區(qū)。Fig. 4 Scanning Electron Microscope (SEM) images of cucumber rootsNote: (a) CK, root cap; (b) graphene treatment (1 000 mg·L-1), root cap; (c) CK, maturation zone; (d) graphene treatment (1 000 mg·L-1), maturation zone.

圖5 玉米根SEM照片注：(a)對(duì)照，根冠；(b)石墨烯處理(1 000 mg·L-1)，根冠；(c)對(duì)照，成熟區(qū)；(d)石墨烯處理(1 000 mg·L-1)，成熟區(qū)。Fig. 5 SEM images of maize rootsNote: (a) CK, root cap; (b) graphene treatment (1 000 mg·L-1), root cap; (c) CK, maturation zone; (d) graphene treatment (1 000 mg·L-1), maturation zone.

2.4 氧化損傷

通過(guò)對(duì)植物體內(nèi)的ROS進(jìn)行定量分析發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，石墨烯導(dǎo)致黃瓜體內(nèi)ROS含量增加了50%(圖6(a))，而玉米體內(nèi)ROS含量無(wú)顯著變化(圖6(a))。這說(shuō)明，石墨烯對(duì)黃瓜幼苗產(chǎn)生了氧化脅迫，對(duì)玉米幼苗沒(méi)有產(chǎn)生氧化脅迫。脂質(zhì)過(guò)氧化的終產(chǎn)物MDA會(huì)損害細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，是檢測(cè)氧化損傷程度的重要指標(biāo)[13]。進(jìn)一步分析MDA的含量，發(fā)現(xiàn)1 000 mg·L-1石墨烯處理過(guò)的黃瓜體內(nèi)MDA含量與對(duì)照組相比顯著升高(34%)，而石墨烯處理過(guò)的玉米幼苗體內(nèi)MDA的含量無(wú)顯著性變化(圖6(b))。

2.5 營(yíng)養(yǎng)吸附

通過(guò)吸附實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)石墨烯主要吸附了雙子葉營(yíng)養(yǎng)液中的N元素(主要以硝酸根的形式)和Cu離子(表2)，1 000 mg·L-1石墨烯吸附后，營(yíng)養(yǎng)液中的這2種元素分別減少了84%和30%；對(duì)于單子葉營(yíng)養(yǎng)液，石墨烯主要吸附了其中的N元素(表2)，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)液中N元素減少了85%。同時(shí)，由于石墨烯材料中含有雜質(zhì)，會(huì)釋放Mn離子和P離子[14]，從而導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)液中的Mn和P離子含量的升高。

圖6 石墨烯對(duì)植物體內(nèi)活性氧(ROS)和丙二醛(MDA)含量的影響注：*代表顯著性差異(P<0.05)。Fig. 6 Effects of graphene on reactive oxygen species (ROS) and malondialdehyde (MDA) content in plantsNote: Significant difference was marked with * (P<0.05).

表2 石墨烯吸附后營(yíng)養(yǎng)液中離子的含量變化Table 2 Changes of ion content in nutrient solution after graphene adsorption

注：表中數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤；*代表與對(duì)照組相比有顯著性差異(P<0.05)。

Note: Data are expressed as Mean±SE; significant difference (P<0.05) between graphene treatments and control group is marked with “*”.

利用石墨烯吸附后的1/4營(yíng)養(yǎng)液上清液培養(yǎng)植物15 d，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃瓜和玉米幼苗生長(zhǎng)都受到了不同程度的抑制。與對(duì)照組相比，當(dāng)石墨烯濃度達(dá)到50 mg·L-1時(shí)，黃瓜幼苗的生物量(根/地上部鮮重和干重)、根部形態(tài)參數(shù)(根長(zhǎng)和根尖數(shù))和株高都受到了明顯的抑制(表3)。玉米除了地上部鮮重和根尖數(shù)，其他的生長(zhǎng)指標(biāo)也都明顯減弱(表4)這說(shuō)明，石墨烯對(duì)營(yíng)養(yǎng)液中的大量元素(N)和微量元素(Cu)的吸附，導(dǎo)致黃瓜和玉米幼苗生長(zhǎng)缺乏營(yíng)養(yǎng)、生長(zhǎng)受抑制。營(yíng)養(yǎng)耗竭是石墨烯對(duì)黃瓜和玉米幼苗產(chǎn)生毒性效應(yīng)的重要機(jī)理之一。

3 討論(Discussion)

隨著石墨烯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，石墨烯材料不可避免地進(jìn)入到環(huán)境中，在遷移、轉(zhuǎn)化的過(guò)程中會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的危害。本研究中，石墨烯對(duì)植物幼苗的毒性具有時(shí)間和濃度效應(yīng)，即隨著石墨烯暴露濃度和時(shí)間的增加，毒性效應(yīng)增強(qiáng)。這與人工納米顆粒對(duì)植物的毒性效應(yīng)研究結(jié)果一致[15]。同時(shí)，石墨烯對(duì)黃瓜幼苗的抑制程度要高于其對(duì)玉米幼苗的抑制。單子葉植物和雙子葉植物木質(zhì)部結(jié)構(gòu)的不同是產(chǎn)生差異的一個(gè)關(guān)鍵因素，單子葉植物只有初生木質(zhì)部，中央有髓，起貯藏作用；不具有形成層，從而不能產(chǎn)生次生結(jié)構(gòu)。雙子葉植物初生木質(zhì)部缺少髓；形成層會(huì)不斷地形成次生木質(zhì)部，對(duì)水分的輸送要求也較高。這種木質(zhì)部結(jié)構(gòu)的不同對(duì)納米顆粒就可能表現(xiàn)出不同的吸收動(dòng)力學(xué)[10]。也有研究認(rèn)為，納米顆粒對(duì)雙子葉植物和單子葉植物的抑制效應(yīng)不同是它們根系構(gòu)型的差異引起的，但這并不是一個(gè)共性的結(jié)論[16]。

表3 石墨烯吸附后的營(yíng)養(yǎng)液對(duì)黃瓜幼苗各生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Table 3 Effects of nutrient solution after graphene adsorption on growth of cucumber seedlings

注：字母代表顯著性差異(P<0.05)。

Note: Significant differences are marked with different letters (P<0.05).

表4 石墨烯吸附后的營(yíng)養(yǎng)液對(duì)玉米幼苗各生長(zhǎng)指標(biāo)的影響Table 4 Effects of nutrient solution after graphene adsorption on growth of maize seedlings

注：字母代表顯著性差異(P<0.05)。

Note: Significant differences are marked with different letters (P<0.05).

石墨烯鋒利的邊緣，會(huì)對(duì)植物根部產(chǎn)生物理的切割損傷，同時(shí)導(dǎo)致受試生物體內(nèi)的氧自由基的累積而產(chǎn)生氧化脅迫，這已經(jīng)成為了石墨烯致毒的最為普遍的機(jī)理。Begum等[10]的研究表明，石墨烯本身的疏水性質(zhì)導(dǎo)致其分散性較差，易在水體環(huán)境中發(fā)生團(tuán)聚，與植物根系發(fā)生異相團(tuán)聚從而在甘藍(lán)、番茄和紅莧菜根系表面聚集而導(dǎo)致物理?yè)p傷；同時(shí)，植物葉片中的ROS和H2O2含量顯著升高，從而對(duì)植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制效應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)，石墨烯對(duì)黃瓜和玉米的根部都造成了切割損傷，黃瓜幼苗的ROS和MDA含量都明顯升高，而玉米幼苗的ROS和MDA含量無(wú)顯著性變化。

已有研究表明，石墨烯能夠吸附鋅、銅等離子[17]，對(duì)硝酸根的吸附量為202 mg·g-1[18]。Zhao等[17]和Ganesan等[18]研究認(rèn)為，石墨烯吸附陰離子的主要機(jī)理有2個(gè)方面，第一是離子交換，如石墨烯對(duì)氟離子的吸附就是通過(guò)氟離子和石墨烯上的羥基離子交換；第二是形成強(qiáng)的陰離子—π鍵，吸附能隨其電負(fù)性的增大而降低。Zhao等[19]的研究指出，石墨烯吸附培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)元素，造成營(yíng)養(yǎng)耗竭，是造成蛋白核小球藻生長(zhǎng)毒性的重要機(jī)理。本實(shí)驗(yàn)所用的植物營(yíng)養(yǎng)液中也含有多種離子，而這些離子是黃瓜和玉米幼苗生長(zhǎng)所必需的，因此，探究了石墨烯導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)耗竭對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，石墨烯對(duì)培養(yǎng)液中的營(yíng)養(yǎng)元素氮和銅的吸附，會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)液中營(yíng)養(yǎng)失衡，從而影響幼苗的正常生長(zhǎng)而產(chǎn)生毒性效應(yīng)。本文系統(tǒng)研究了石墨烯對(duì)黃瓜和玉米的毒性效應(yīng)，并分析了其致毒機(jī)理。進(jìn)一步的研究需要探討石墨烯對(duì)黃瓜和玉米幼苗致毒機(jī)理不同的原因。