納米二氧化鈰應(yīng)用廣泛，其生物毒性和環(huán)境效應(yīng)近年來受到越來越多的關(guān)注。植物作為生態(tài)系統(tǒng)的重要組分，是環(huán)境中納米顆粒生物累積并進(jìn)入食物鏈的潛在途徑。但目前有關(guān)植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)納米二氧化鈰的報(bào)道還很少。中國科學(xué)院高能物理研究所納米生物效應(yīng)與安全性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張智勇課題組研究了表面電荷對納米二氧化鈰在植物中轉(zhuǎn)運(yùn)、轉(zhuǎn)化和毒性的影響，相關(guān)成果發(fā)表在2019年5月8日出版的《ACS Appl Mater Interfaces》。 

　　納米顆粒的物理化學(xué)性質(zhì)包括粒徑、形貌、表面電荷、化學(xué)組成等是決定其生物效應(yīng)與環(huán)境行為的重要因素。該項(xiàng)工作中，研究人員分別用帶正電荷（殼聚糖修飾，Cs）和帶負(fù)電荷（聚丙烯酸修飾，PAA）的納米氧化鈰（nCeO₂）處理黃瓜苗。利用電感耦合等離子體質(zhì)譜、微束X射線熒光（μ-XRF）和X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)（XANES）分析了植株中鈰的含量、分布和轉(zhuǎn)化。結(jié)果表明，植株的生長和組織中Ce含量取決于nCeO₂的暴露濃度和表面電荷。Cs-nCeO₂大量吸附在帶負(fù)電荷的根表面，導(dǎo)致Cs-nCeO₂組根中Ce含量顯著高于PAA-nCeO₂組，Ce從根到地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)因子也較低。微束X射線熒光分析表明，Ce元素主要積累在根尖和側(cè)根以及葉脈和葉緣。XANES分析發(fā)現(xiàn)兩組植物組織中Ce⁴⁺/Ce³⁺的比例相當(dāng)。推測Cs-nCeO₂和PAA-nCeO₂在根系分泌物的作用下部分解離，釋放出Ce³⁺離子。隨后，Ce³⁺離子以絡(luò)合物形式沿維管束向上遷移，在葉脈中積累。另一部分Cs-nCeO₂和PAA-nCeO₂從根尖/側(cè)根進(jìn)入根系，以顆粒形式向上運(yùn)輸，最后在葉片邊緣積累。 

　　利用北京同步輻射裝置（BSRF）4W1B-X射線熒光微分析實(shí)驗(yàn)站的m-XRF獲得了經(jīng)不同表面電荷的納米二氧化鈰處理后，Ce在黃瓜根和葉中的二維分布。在根中，Ce主要集中在根尖和側(cè)根處；在葉中，Ce元素主要積累在葉脈和葉緣。此外，Cs-nCeO₂處理組Ce的強(qiáng)度明顯高于PAA-nCeO₂組，與電感耦合等離子體質(zhì)譜結(jié)果一致。 

　　該項(xiàng)研究提示，表面電荷在植物吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)納米顆粒過程中起重要作用。這為研發(fā)靶向輸送的納米農(nóng)藥、納米農(nóng)肥提供了科學(xué)依據(jù)，深化了對于納米顆粒與植物相互作用機(jī)制的理解。 

　　發(fā)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.