碳点（Carbon Dots，CDs）作为一种新型碳基纳米材料，由于其具有良好的生物相容性、优异的光致发光性能、高稳定性和电子迁移率等优点，使其在药物检测、化学分析、药物输送等领域具有广阔的应用前景。山西省作为煤炭主产区，煤炭相关产业已成为区域经济发展的支柱产业，但传统煤炭加工效益低，附加值小，限制了煤炭产业链的延伸。因此，迫切需要对煤炭进行深加工，将其制备成新型工业产品，提升其利用价值，促进“高碳经济低碳发展，黑色经济绿色发展”。其中煤基碳点（Coal-based Carbon Dots， C-CDs）由于原料来源丰富、制备成本低廉已逐渐成为研究的焦点，但在煤基碳点得到广泛应用前，对其进行系统性的生物毒性研究是煤基碳点安全利用的基础。 本研究以煤基碳点纳米材料为胁迫因子，以小麦（Triticum aestivum L.）种子、小麦幼苗、细菌、真核细胞为胁迫对象，系统研究了C-CDs对植物、细菌和真核细胞的生物毒性效应。主要研究内容如下： （1）以山西省大同市井口原煤为碳源，通过双氧水氧化法制备了一种优良水溶性的C-CDs，该C-CDs的粒径大小约为4.6 nm，表面有丰富的含氧基团、含氮基团和表面长链基团。 （2）本研究探究了不同浓度C-CDs对小麦种子、幼苗根部和叶部胁迫效应。结果表明：叶片涂抹C-CDs水溶液（10 mg/mL）5次时能够显著促进小麦幼苗的光合速率的提高（P＜0.05）与比叶面积的增加（P＜0.05）；叶片涂抹1-3次C-CDs小麦幼苗的超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和RubisCO羧化酶活性水平显著增加（P＜0.05），ATP产生量显著减少（P＜0.05），而对其他生理生态指标没有显著影响（P＞0.05）。另外，低浓度（0-500 μg/mL）的C-CDs营养液能促进小麦种子发芽率，高浓度（500-10000 μg/mL）的C-CDs会显著抑制小麦种子发芽率（P＜0.05），200-500 μg/mL的C-CDs能够显著提高小麦幼苗的光合速率（P＜0.05），同时，超氧化物歧化酶、过氧化氢酶和 RubisCO羧化酶活性水平显著增加（P＜0.05），ATP产生量显著减少（P＜0.05），其他生理生态指标无显著差异（P＞0.05）。总之，低浓度C-CDs能够促进小麦种子和幼苗的生长，高浓度C-CDs对小麦幼苗的生长有明显毒性。 （3）本研究还分析了不同浓度C-CDs对原核生物细菌的毒性影响。结果表明：在一定浓度下 C-CDs 对革兰氏阴性细菌和革兰氏阳性细菌均具有明显毒性效应，尤其是革兰氏阴性菌（Escherchia coli）具有低浓度毒性效应（10 μg/mL），对于革兰氏阳性细菌（Staphylococcus aureus）在较高浓度时毒性明显（100 μg/mL）。当有一定强度的光照射时（自然光或365 nm），C-CDs对细菌的毒性更强。其机制为C-CDs在（自然光或365 nm）激发光下可以产生单线态氧（1O2），导致C-CDs的抑菌作用进一步增强。 （4）本研究进一步解析了不同浓度C-CDs对真核生物细胞的毒性影响。结果表明：在通常状况下，浓度为1-5000 μg/mL时C-CDs对Hela细胞几乎没有毒性；当365 nm照射时，即使低浓度的C-CDs对细胞也有毒性。其机制为在365 nm激发光下C-CDs可以通过光催化氧化产生单线态氧（1O2），导致C-CDs对细胞的毒性增强。
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