植物营养学硕士论文开题报告

1、河南科技大学硕士学位论文 开 题 报 告题 目：丛枝菌根真菌对植物中人工纳米颗粒吸收和迁移的影响 年 级： 11 级 姓 名： 王卫中 研究方向： 丛枝菌根与污染修复 指导教师： 王发园（教授） 专 业: 植物营养学 研 究 生 处 制说 明1、 研究生在导师指导下，最迟应与第三学期内根据研究方向选定论文研究课题。2、 研究生通过系统地查阅国内外文献资料，在进行实地调查研究的基础上，详细认真的填写报告内容。3、 报告需在开题报告会议上宣读，广泛听取意见，并进行修改，经开题报告评审组同意，学院主管院长批准后方可执行。4、 报告一式三份，应与第三学期前 周内填写完毕，分别交教研室（研究室）、学院、

2、研究生处各一份存查，并作为检查报告执行情况的依据。5、 本报告存入研究生技术档案，是学位评定材料之一，要求用钢笔填写或以A4纸打印，字迹清楚，如栏内填写不下，可另加附页。研究题目：丛枝菌根真菌对植物中人工纳米颗粒吸收和迁移的影响课题来源：国家自然科学基金选题依据（研究的目的意义及实用价值、国内外研究现状及发展动态分析）一、 选题的理论意义和实用价值1) 丛枝菌根真菌（arbuscular mycorhizal fungi,AM真菌）是自然界中一类能够与植物形成共生体系的真菌，也是目前已探明的与植物关系最为密切的土壤微生物之一，AM真菌可与陆地上80%以上的植物形成丛枝菌根共生体。AM真菌的分布

3、式世界性的，除了大量存在于农田、森林、菜地土壤意外，还广泛存在于各种逆境环境中。AM真菌在改善宿主植物的矿质营养（尤其是磷）方面有突出的作用。AM真菌对于陆地生态系统意义重大，影响植物的种群丰富程度，甚至还决定着植物生物多样性以及植物生态系统的生产力。AM真菌可以提高宿主植物的抗逆性等，对各种毒害物质（重金属和农药、石油、多环芳烃等有机污染物）有一定的抗性。AM真菌不仅可以改善土壤结构、有利于土壤健康，而且可以应用于污染土壤生物修复。近些年，Science、Nature、PNAS等著名期刊以及SB&B、New Phytol、Mycorrhiza、Plant Soil等专业期刊都对丛枝菌根研究给

4、予大量关注，这反映出本领域十分活跃。2) 人工纳米颗粒（Engineered nanoparticles，ENPs）是应用最广泛的纳米材料，随着纳米材料的广泛应用，其安全性和潜在生态风险引起国内外广泛重视。ENPs会随着纳米产品运输、储存、泄露、使用及废物处理等途径进入水体、大气和土壤等环境，并产生溶解/沉淀、分散/聚集、吸附/解析、氧化/还原、生物富集等一系列复杂的过程，对土壤产生毒性，威胁生态系统的稳定，而且可以被植物吸收，随食物链进行传递和富集，具有潜在的环境和健康风险。近几年，国内外发表了大量综述论文，就ENPs环境行为和生物效应等进行了总结和展望，但大多数研究集中在大气和水体环境，而

5、在陆地生态系统和土壤环境中的报道较少。所以，ENPs对于植物（作物）和土壤微生物的生物效应和迁移、归趋研究值得重视，开展此领域的研究对于认识ENPs的安全性和土壤生态系统（尤其是农田）中的安全使用及残留控制有重要意义。3) 在已有的研究结论中，丛枝菌根可以通过多种机制增加植物对重金属、农药等污染物的耐性，而且能影响植物对污染物的吸收和转运。ENPs作为新兴的污染物，丛枝菌根对ENPs很可能也具有解毒效应，提高植物对ENPs的耐性，并影响ENPs在植物中的吸收和转运。弄清楚丛枝菌根对ENPs的吸收及迁移规律，对于未来可能发生的ENPs大面积污染现象，将起到预防作用，因此该研究具有很大的理论意义和

6、实践应用价值。二、 国内外研究动向及进展近年来ENPs的安全性研究主要涉及人体及模式生物的毒理学研究，以及水生环境中的微生物、藻类等，不少综述论文也已经大量关注。这里重点关注ENPs对植物和土壤微生物的效应。1) ENPs的生物效应研究证明了绝大多数ENPs对植物的抑制作用，其毒性与ENPs种类及性质、暴露时间、植物种类等因素有关。碳纳米管可以进入植物细胞，在高剂量时引起植物毒性。单壁碳纳米管对某些植物根系伸长有抑制作用，并与其表面特征有关，而不同植物的耐性也存在巨大差异。纳米氧化锌使黑麦草根尖缩窄、表皮和皮层细胞空泡化甚至崩解。与Ag粉和Cu粉等非纳米颗粒相比，纳米Ag和Cu引起的植物毒性更

7、显著，量子点经光照、氧化或者与生物体接触后释放其中的Cd、Zn等重金属元素引起生物毒性效应。绝大多数研究证实了ENPs（尤其是汗金属ENPs）对微生物的抑制作用。多壁碳纳米管和纳米Ag具有强烈的抗菌活性，富勒烯nC60可以改变微生物的膜质组成、相变温度和膜流动性，添加TiO2和ZnO均降低了土壤呼吸（SIR）和土壤微生物总DNA，改变了微生物群落结构（T-RFLP），且ZnO毒性要强于TiO2,纳米Ag是常用的抗真菌剂，对植物病原真菌立枯丝核菌、菌核病菌和小核菌均具有显著抑制作用。2) 生物对人工纳米颗粒的解毒机制微生物、植物均能用于合成ENPs，因此可以推测生物对ENPs可能有多种解毒机制。

8、研究发现，生物能响应ENPs胁迫，分泌化合物来改变ENPs的毒性。Cifuentes Z发现在小麦叶片毛状体中有ENPs的积累，意味着植物对ENPs可能具有通过分泌作用进行脱毒的机制。Degryse F等人发现植物能分泌金属螯合物（如铁载体），降低ENPs释放的金属离子的毒性。Miao AJ和Schwehr K研究得出藻类暴露于ENPs时胞外聚合物会增加，有利于脱毒作用。富勒烯nC60胁迫条件下，恶臭假单胞菌会降低其膜内不饱和脂肪酸含量、增加环丙烷脂肪酸含量，以保护细胞膜抵抗氧化胁迫。但是目前植物和微生物对ENPs的解毒机制研究不多，急需深入研究。3) ENPs在植物内的吸收、运输和积累植物细

9、胞壁多孔，直径多在5-20nm之间，粒径在此范围内的ENPs可能直接通过细胞壁，而且ENPs也可能引起细胞壁上新孔形成和孔径增加，使更大粒径的ENPs也通过细胞壁，到达细胞膜后可以通过细胞的内吞作用、膜渗透作用、或通过载体蛋白、离子通道等运输到细胞内部。ENPs也能通过叶片毛状体活气孔开闭进入叶片内部，并运输到植物其它组织。大多数研究证实了ENPs在植物体内的吸收和运输现象。C70容易被水稻根系吸收并转运到地上部分，同时C70也能从叶片通过韧皮部向根系运输。45.5%的纳米Fe3O4纳米颗粒ENPs是累积在笋瓜根内，仅有0.6%在叶中。碳包覆铁ENPs能够通过短距离运输进入植物各组织。纳米Cu

10、能被吸收和累积于绿豆和小麦体内，且植物组织内纳米Cu含量与基质（琼脂）中的纳米Cu含量呈线性相关，其在植物组织中的状态也受基质含量影响。40nm的纳米银可以被拟南芥根系吸收并转运到地上部，但大部分是附着在根冠上。胶体溶液中的纳米晶体可以被蝴蝶兰和拟南芥根系吸收并向叶片中运输，这证实了ENPs可以进入根系中柱，然后进行长距离运输到达地上部分。碳包覆纳米颗粒能够形成生物兼容磁流体，随木质部导管中的蒸腾流运输到植物地上部分。少数研究发现ENPs主要吸附在植物根系表面，并没有被吸收或运输到其他部位。三、 课题研究内容和研究方法1) 内容一、土培条件下研究ENPs与丛枝菌根的相互作用及其迁移规律研究目的

11、：在土培条件下研究不同ENPs与丛枝菌根的相互作用，查明ENPs对植物和丛枝菌根的生物毒性，丛枝菌根的耐性机制以及ENPs在丛枝菌根中的迁移和归趋规律 。供试AM真菌：Glomus caledonium 90036和Acaulospora mellea ZZ 供试植物：玉米、烟草、紫花苜蓿 供试ENPs：多壁碳纳米管、纳米Ag、纳米Cu、纳米ZnO 供试土壤：农田土壤，采自河南科技大学农场 测定项目：植物生物量、菌根侵染率、菌丝形态、ENPs的分布和含量、球囊霉素、土壤微生物群落结构、土壤呼吸。试验设计：ENPs在水环境和土壤环境中的行为不同，土培试验更能模拟土壤生态系统，故设计土壤盆栽试验。

12、本部分试验设计基本同研究内容四，但在土壤栽培条件下进行。在温室中生长3个月，期间观察植物生长状况，测定株高、光合速率等指标。培养结束后分开收获植物根系和地上部分，测定生理生化指标和菌根侵染率。利用光学显微镜和电镜观察菌丝形态、观察细胞膜的完整性，在细胞、亚细胞、器官、组织等水平观察ENPs在菌根中的分布。测定植物体内Ag、Cu、Zn的含量。测定土壤中球囊霉素的含量。通过测定土壤呼吸、微生物总DNA和PCR-DGGE分析ENPs对土壤微生物量、微生物活性和群落结构的影响。 此外，在土壤栽培条件下，拟选取纳米Ag重点研究ENPs剂量、植物种类和土壤有机质等因素的影响。因素分别是（1）浓度：设置低、

13、中、高3个；（2）植物种类：玉米、烟草、紫花苜蓿；（3）有机质含量：添加有机质、未添加有机质。各因素研究分别开展。 2) 内容二、隔网分室系统研究AM真菌吸收、运输和累积ENPs中的作用 研究目的：研究AM真菌根外菌丝对ENPs的吸收作用及对植物吸收、运输和积累ENPs中的影响 供试AM真菌：Glomus caledonium 90036 供试植物：玉米、紫花苜蓿 供试ENPs：多壁碳纳米管、纳米Ag 供试土壤：农田土壤，采自河南科技大学农场 测定项目：植物生物量、菌根侵染率、菌丝形态、ENPs的分布和含量、植物中Ag的含量 试验设计：采用双室培养系统不仅研究根外菌丝对 ENPs 的吸收作用，

14、同时能了解其在植物吸收、运输和累积 ENPs 等方面的作用（图 4）。双室培养系统规格为 221210cm。根+ 2+-11065室与菌丝室中间用 1 层 30m 尼龙网隔开，植物根系不能进入菌丝室，而 AM 真菌菌丝可以。在菌丝室中距离尼龙网 2cm 处插入 1 个壁上带孔的 PVC 管(100mL)。在根室和菌丝室装入适量的灭菌土壤。AM 真菌菌剂（5%的比例）混施于根室，同时对照处理接等量灭菌接种剂并加入去 AM 真菌的菌剂滤液。ENPs 按照一定浓度混匀于土壤，装于 PVC 管中，同时在对照处理中分别施加相同浓度的微米碳粉与微米银粉（或 Ag ）。试验在植物生长室中进行，控制光照、温度

15、，从根室中定量浇水。植物生长 60 天后收获，测定菌根侵染率。利用光学显微镜和电镜观察菌丝形态、观察细胞膜的完整性，在细胞、亚细胞、器官、组织等水平观察 ENPs 在菌根中的分布。测定植物体内 Ag 的含量。课题工作计划及阶段进度：2011.3-2012.6 查阅相关文献资料，总结文献资料，并根据其做出实验方案。 2012.6-2012.12 做两次预实验，熟悉试验方法。2013.1-2013.3 做隔网分室试验。2013.3-2013.9 在温室里土培盆栽烟草、玉米，测定各项指标。2013.9-2013.12 处理分析数据，撰写论文。课题研究工作可能存在的困难和问题：1、 试验任务比较重，一

16、个人时间精力有限。2、 测定某些指标所要用到一些仪器设备学校没有。解决方法和措施：1、 让跟着导师做毕业设计的本科生帮忙，共同完成。2、 能买的出钱购买，昂贵的到中科院南土所和清华大学，借用他们的实验室及仪器。预期结果：1、验证两种ENPs（纳米银、纳米ZnO）在四个浓度梯度下接种不同丛植菌根真菌与不接菌条件下对不同植物 （玉米、烟草、紫花苜蓿）生长的影响以及植物吸收ENPs的影响。2、阐明 ENPs 在丛枝菌根及其宿主植物中的迁移和归趋规律及其影响因素。 课题研究具体指导人员：王发园老师 导师签名： 年 月 日附：为选题所查阅的文献资料索引（开题报告中需附中、外文参考文献。参考文献篇数要求为

17、：理、工、农、医学科门类不少于40篇；其他学科门类不少于50篇。按文献发表时间或引用的先后顺序填写）：序号文献名称作者发表刊物 时间（出版单位） 时间1 Service RF. Nanomaterials show signs of toxicity. Science, 2003, 300: 243 2 Brumfiel G. Nanotechnology: A little knowledge. Nature, 2003, 424: 246248 3 Maynard AD, Aitken RJ, Butz T, et al. Safe handling of nanotechnology.

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