纳米二氧化铈的表面电荷影响其在黄瓜植株中的转化、转运及毒性

　　纳米二氧化铈应用广泛，其生物毒性和环境效应近年来受到越来越多的关注。植物作为生态系统的重要组分，是环境中纳米颗粒生物累积并进入食物链的潜在途径。但目前有关植物吸收、转运纳米二氧化铈的报道还很少。中国科学院高能物理研究所纳米生物效应与安全性重点实验室张智勇课题组研究了表面电荷对纳米二氧化铈在植物中转运、转化和毒性的影响，相关成果发表在2019年5月8日出版的《ACS Appl Mater Interfaces》。 

　　纳米颗粒的物理化学性质包括粒径、形貌、表面电荷、化学组成等是决定其生物效应与环境行为的重要因素。该项工作中，研究人员分别用带正电荷（壳聚糖修饰，Cs）和带负电荷（聚丙烯酸修饰，PAA）的纳米氧化铈（nCeO₂）处理黄瓜苗。利用电感耦合等离子体质谱、微束X射线荧光（μ-XRF）和X射线吸收近边结构（XANES）分析了植株中铈的含量、分布和转化。结果表明，植株的生长和组织中Ce含量取决于nCeO₂的暴露浓度和表面电荷。Cs-nCeO₂大量吸附在带负电荷的根表面，导致Cs-nCeO₂组根中Ce含量显著高于PAA-nCeO₂组，Ce从根到地上部的转运因子也较低。微束X射线荧光分析表明，Ce元素主要积累在根尖和侧根以及叶脉和叶缘。XANES分析发现两组植物组织中Ce⁴⁺/Ce³⁺的比例相当。推测Cs-nCeO₂和PAA-nCeO₂在根系分泌物的作用下部分解离，释放出Ce³⁺离子。随后，Ce³⁺离子以络合物形式沿维管束向上迁移，在叶脉中积累。另一部分Cs-nCeO₂和PAA-nCeO₂从根尖/侧根进入根系，以颗粒形式向上运输，最后在叶片边缘积累。 

　　利用北京同步辐射装置（BSRF）4W1B-X射线荧光微分析实验站的m-XRF获得了经不同表面电荷的纳米二氧化铈处理后，Ce在黄瓜根和叶中的二维分布。在根中，Ce主要集中在根尖和侧根处；在叶中，Ce元素主要积累在叶脉和叶缘。此外，Cs-nCeO₂处理组Ce的强度明显高于PAA-nCeO₂组，与电感耦合等离子体质谱结果一致。 

　　该项研究提示，表面电荷在植物吸收和转运纳米颗粒过程中起重要作用。这为研发靶向输送的纳米农药、纳米农肥提供了科学依据，深化了对于纳米颗粒与植物相互作用机制的理解。 

　　发表文章： 

　　Mengyao Liu, Sheng Feng, Yuhui Ma,* Changjian Xie, Xiao He, Yayun Ding, Junzhe Zhang, Wenhe Luo, Lirong Zheng, Dongliang Chen, Fang Yang,* Zhifang Chai, Yuliang Zhao, and Zhiyong Zhang*. Influence of Surface Charge on the Phytotoxicity, Transformation, and Translocation of CeO₂ Nanoparticles in Cucumber Plants. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019, 11, 16905-16913.