摘要
石墨烯是一种二维碳纳米材料，它的特殊性质使其在医学、能源、材料等方面拥有广泛的应用，最终会释放到环境介质，对生物体造成潜在风险。已有研究表明石墨烯对植物、动物以及微生物均存在不同程度的毒性作用，而有关于石墨烯进入土壤后对高等植物、土壤动物和土壤微生物的影响研究较少。本文较为系统地研究了石墨烯对植物、动物、微生物等生态受体的毒性效应，包括氧化石墨烯对高等植物发芽、根系形态、抗氧化酶活性和电化学性质的影响;石墨烯和氧化石墨烯进入土壤以后对赤子爱胜蚓酶活性的影响和分子水平毒性;石墨烯对土壤微生物群落功能多样性和分子遗传多样性的影响，并初步探讨了石墨烯对土壤生物的影响机制。主要研究结果如下: 1.植物毒性试验结果表明，氧化石墨烯浓度高于400 mg L-1时，对小麦种子的胚芽和胚根的生长存在抑制作用，并随浓度的升高抑制作用加强。与对照相比，不同浓度的氧化石墨烯处理14d后对小麦幼苗的生长有一定影响。200、400、600、800、1000 mg L-1石墨烯对小麦幼苗根长、茎长、根鲜重和地上部鲜重表现出明显的抑制作用;在浓度低于600 mg L-1时，小麦的SOD、CAT、POD酶活性升高，MDA浓度增加，而800、1000 mg L-1浓度的氧化石墨烯处理下小麦的三种酶活性降低，MDA浓度下降。氧化石墨烯可影响小麦根尖的钙氢离子流，同时会使根尖细胞膜产生去极化作用。 2.通过滤纸接触和土壤毒性试验，研究了氧化石墨烯和纯石墨烯对赤子爱胜蚓（Esience fetida）生理和遗传指标的影响，发现在滤纸接触试验中，培养24h和48 h后，100和1000 mg kg-1氧化石墨烯处理的蚯蚓体重和死亡率均未受到影响，土壤暴露28 d后，与对照相比，1000 mg kg-1和2000 mg kg-1石墨烯和氧化石墨烯处理后蚯蚓体内的SOD、POD和CAT酶活性明显降低，而MDA活性升高。对蚯蚓进行彗星实验后发现，蚯蚓的DNA损伤程度并未随暴露浓度增加而显著增加，只在荧光显微镜下观察到极少数彗星拖尾现象。 3.将不同浓度的纯石墨烯和氧化石墨烯（0、100、1000 mg kg-1）分别加入潮土和红壤两种土壤中，培养56d后测定潮土和红壤中的脲酶、过氧化氢酶活性，微生物群落功能及遗传多样性变化。结果表明，在施用浓度达到1000 mg kg-1时，培养0、7、14、56d之后石墨烯和氧化石墨烯对红壤和潮土的脲酶和过氧化氢酶活性没有显著的影响。两种浓度的石墨烯和氧化石墨烯对红壤和潮土微生物的AWCD指数没有显著的影响，且两种土壤之间未表现出差异。对添加200mg kg-1和1000 mg kg-1氧化石墨烯的潮土进行DGGE测试分析，处理组与对照组相比增加了三个条带，测序分析认为这三个条带与鞘氨醇单细胞菌属和未被培养的细菌类似，可见氧化石墨烯对土壤微生物有一定的影响，能引起耐受菌数量的增加。
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