碳量子点缓解小麦镉毒害的生理效应研究开题报告

 2020-02-18 07:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

在生态系统中,重金属会导致生物中毒,因为其具有持久性、毒性和不可降解的特性。镉(cd)是一种重金属元素,在有毒的重金属中,镉是最危险的元素之一。在农业土壤中镉的来源很广,工业原料、采矿废物、污水污泥等的处理都会将镉元素带入到土壤中,从而对生长于土壤中的植物产生毒害作用。在我国,大约有10%的耕地被重金属污染。

在受镉污染的土壤中,植物根、茎、叶中的镉含量都有明显上升。cd2 具有强植物毒性,会抑制植物生长,甚至使植物死亡。当植物接触到含有镉的土壤时,由于镉是植物非必须元素,当其进入到植物中被积累到一定程度时,就会表现出毒害症状。在植物生长方面,由于在生长介质中与根的直接接触,cd2 对植物的毒害首先会表现在减少根的生长上,其次是茎的生长迟缓,叶片也会发生明显的黄化、卷曲,cd还可能会抑制水稻等的生殖器官分化,最终导致作物产量的下降;在细胞结构方面,研究表明,低浓度cd会导致叶绿体基粒垛堆减少、线粒体内腔嵴突减少或消失,高浓度的cd会使叶绿体、线粒体膜系统溃解,同时,cd对细胞膜也会产生非常大的伤害;在生理生化方面,多表现为光合作用和蒸腾作用受到抑制,导致植物中活性氧(ros)的积累,从而引起氧化胁迫和膜的损伤。

植物——特别是农作物中的镉,会通过食物链进入动物以及人体中,从而对人造成伤害。在谷物中,小麦是最重要的作物,是全球范围性的主食。在全球谷类作物种植中,小麦的种植面积仅次于玉米和水稻,其膳食摄入量位居第二。而小麦相比于其他作物具有更高的cd积累和迁移能力,不仅会对小麦本身造成很大的毒害,同时小麦谷粒中积累的镉向人体的转移也会给健康带来隐患。因此,必须减少粮食中cd的积累,从而最终降低镉对广大人群造成的健康风险。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:

①使用不同浓度碳量子点和镉离子复合溶液对小麦种子进行处理,探究镉胁迫对小麦种子的生长发育的影响和碳量子点小麦种子萌发阶段对镉毒害的作用。

②使用不同浓度碳量子点对镉污染的土壤进行处理,探究小麦幼苗对镉胁迫的生理生化响应,探究碳量子点对土壤中镉污染的修复作用及对小麦幼苗的土壤-根和根-茎镉转运的影响。

研究目标:

评估碳量子点作为镉污染土壤修复剂的作用,探究小麦幼苗在镉离子和碳量子点存在下的生理生化相应,为对土壤中镉污染的修复提供新的思路。

技术方案及措施:

①实验方案

a. 预实验:在人工气候箱中进行小麦培养,确定小麦培养条件及生长周期,确定碳量子点和镉离子的浓度。

b. 正式实验:⑴使用不同浓度碳量子点和镉离子溶液复合处理小麦种子,对小麦种子萌发阶段的根系生长状况进行观察,对根中可溶性糖、可溶性蛋白含量及抗氧化体系(SOD、CAT、POD活性及MDA含量)进行检测;⑵用不同含量的碳量子点和不同含量的Cd2 复合土壤处理小麦幼苗,对小麦幼苗的基本生理指标和抗氧化系统相关生理指标进行测定,对小麦根、茎和土壤中酸可溶态镉的含量进行测定。

②技术路线

见图





3. 研究计划与安排

第1-2周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解课题的研究现状。确定方案,完成开题报告。

第3-6周:进行小麦培养预实验,确定小麦种子萌发适宜条件、小麦生长周期及基本培养条件;确定处理小麦种子及幼苗所用碳量子点和镉离子浓度。

第7-8周:用不同浓度碳量子点和cd2 复合溶液处理小麦种子,对小麦种子萌发阶段的根系生长状况进行观察,对根中可溶性糖、可溶性蛋白含量及抗氧化体系(sod、cat、pod活性及mda含量)进行检测。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] chaim, shi f, li r, et al. interactive effects of cadmium and carbon nanotubes onthe growth and metal accumulation in a halophyte spartina alterniflora(poaceae)[j]. plant growth regulation, 2013, 71(2).

[2]tripathi s, sarkar s. influence of water soluble carbon dots on the growth ofwheat plant[j]. applied nanoscience, 2015, 5(5):609-616.

[3] li w,zheng y, zhang h, et al. phytotoxicity, uptake, and translocation offluorescent carbon dots in mung bean plants[j]. acs applied materials amp;interfaces, 2016, 8(31):19939-19945.

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