三种咪唑氯盐类离子液体对水稻幼苗的毒性效应研究

【摘要】离子液体(ionicliquids,ILs)是由有机阳离子和无机或有机阴离子组成的室温熔融盐,由于具有高热稳定性以及不易燃的特性,使其成为了能够替代传统挥发性有机溶剂的“绿色溶剂”。然而离子液体的化学和热力学稳定性导致它在环境降解、残留和生态效应等方面具有潜在的环境风险。本文选择3种不同碳链长度的氯代咪唑类ILs为研究对象,探讨其对水稻幼苗(Ⅱ优023,OryzasativaL.)的毒性效应,主要研究内容包括以下几部分：(1)研究了ILs对水稻幼苗生长的影响。水稻幼苗根茎的形态在不同浓度1-辛基-3-甲基咪唑氯盐([OMIM]C1)、1-癸基-3-甲基咪唑氯盐([DMIM]C1)、1-十二烷基-3-甲基咪唑氯盐([C12MIM]C1)的培养下发生了变化,结果表明,低浓度ILs(0.1mg/L[OMIM]C1,0.03mg/L[DMIM]C1,0.005mg/L[C12MIM]C1)处理会促进水稻幼苗根系的生长,分别相较对照组增长了6.79%、5.98%和6.56%,之后随着三种不同碳链长度ILs处理浓度的增加,水稻幼苗的根长及根毛数量都逐渐下降。水稻幼苗茎长在ILs各浓度处理过程中随浓度增加均逐渐下降,水稻根茎重的变化趋势与根茎长的变化相一致。[OMIM]C1根长IC50,5d为0.59mg/L,茎长IC50,5d为0.70mg/L;[DMIM]C1根长IC50,5d为0.10mg/L,茎长IC50,5d为0.15mg/L;[C12MIM]C1根长IC50,5d为0.054mg/L,茎长IC50,5d为0.055mg/L,ILs对水稻幼苗根系的毒性更大。(2)研究了水稻幼苗根叶部分对ILs的氧化应激。在[OMIM]C1、[DMIM]C1和[C12MIM]C1的处理下,水稻幼苗根系自身修复受到影响,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性均受到严重抑制。ILs对水稻叶片细胞中叶绿体、线粒体及细胞液中的抗氧化酶有一定的激活作用,当ILs达到一定处理浓度后,酶活性受到影响下降。ILs会加剧水稻幼苗根叶细胞膜脂过氧化作用,ILs处理浓度越大,水稻根叶丙二醛(MDA)含量越高。0.8mg/L[OMIM]C1水稻根MDA含量为对照的1.73倍,叶MDA含量为对照的2.30倍；0.15mg/L[DMIM]C1根MDA含量为对照的1.90倍,叶MDA含量为对照的4.78倍；0.08mg/L[C]2MIM]C1根MDA含量为对照的1.97倍,叶MDA含量为对照的3.73倍。(3)研究了ILs对水稻光合作用的影响。通过对水稻幼苗叶片叶绿素荧光参数的分析,ILs的胁迫对水稻幼苗叶片PSⅡ造成损伤,抑制光合作用的原初反应,阻碍光合电子传递的过程,对热能的耗散能力逐渐丧失,造成光破坏,从而导致希尔反应活力随ILs浓度的增加而下降,0.8mg/L[OMIM]C1希尔反应活力的抑制率为37.7%,0.15mg/L[DMIM]C1的抑制率达52%,0.08mg/L[C12MIM]C1的抑制率可达67.4%。因此ILs对光合系统具有较强毒害作用。(4)研究了ILs对水稻根系生理的影响及ILs的消解。[OMIM]C1、[DMIM]C1和[C12MIM]C1的处理抑制了水稻根的呼吸作用,改变了根系细胞膜的蛋白质或脂质成分从而诱导蛋白质结构损伤并且改变了膜性能,导致根系活力降低,根系质膜透性增大。经0.6mg/L[OMIM]C1处理的根叶细胞超微结构受到了严重破坏,叶绿体基粒和类囊体的结构变成块状而且分布紊乱；线粒体肿大变圆,嵴也变得模糊不清,线粒体的基质和嵴的消解导致线粒体内部产生空洞；高尔基小泡崩解,结构变得模糊；内质网肿大,核糖体开始脱落。因此ILs对水稻根系具有较强毒害作用。以不同浓度的[OMIM]C1、[DMIM]C1和[C12MIM]C1水溶液作为培养液培养水稻,随着培养时间的延长溶液中ILs浓度逐渐减小,溶液中ILs浓度的降低以水稻幼苗根系吸收及降解等生物作用为主。ILs在培养液中的T1/2随ILs碳链的增长而变大,这表明在较高浓度和长碳链的ILs作用下,水稻幼苗根系遭到不可逆的破坏,导致了根系对周围环境中的可吸收物质的吸收能力降低。随着ILs碳链长度的增长,ILs对水稻各个指标的影响越大,毒性顺序为[OMIM]C1<[DMIM]C1<[C12MIM]C1。另外[OMIM]C1在不同时间加药后(一叶一心期加药和露白加药)均会影响水稻幼苗的生理功能,且露白加药对水稻幼苗的影响比较严重。
【作者】张淑娴；
【导师】刘惠君；
【作者基本信息】浙江工商大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】咪唑氯盐类离子液体；水稻；半抑制浓度；氧化应激；光合作用；根系生理；消解；

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