氧化石墨烯和多壁碳纳米管对莱茵衣藻光合产氢的影响

王宗秀,戴霞,叶珂祯,陈熙,张炜

(南京农业大学生命科学学院,江苏 南京 210095)

碳基纳米材料(carbon-based nanomaterials,CBN)具有比表面积大、强度及韧性高、光电性能优等特点,在人工光合作用、生物传感器、生物成像、基因及药物载体等方面显示出巨大的应用潜力。尽管许多研究证明碳基纳米材料具有不同程度的生物毒性,但均呈现明显的剂量效应,而且对其进行表面功能化改性可以有效降低毒性,提高生物相容度[1]。近年来,植物与纳米材料的相互作用引起了人们的广泛关注。Liu等[2]证明单壁碳纳米管(SWCNT)可以穿透烟草悬浮细胞的细胞壁和质膜定位于细胞质;用植物细胞内吞抑制剂(wortmannin)处理可以显著降低其在细胞质中的定位,提示SWCNT可能是通过液相内吞机制进入细胞。Kwak等[3]利用壳聚糖-SWCNT复合物作为载体实现叶绿体遗传转化,结果表明壳聚糖-SWCNT利用表面携带的高电荷穿过细胞壁、细胞膜和叶绿体被膜,定位在叶绿体。目前的研究表明,CBN对植物生长的影响与其化学结构、大小、形状、浓度和表面积密切相关。例如,带负电荷的多壁碳纳米管(MWCNT)比带正电荷的MWCNT能够更有效地促进种子萌发[4],而较高浓度的MWCNT会产生毒性效应,导致红苋菜根长减少[5]。氧化石墨烯(GO)对藻类的生物毒性则主要体现在遮光效应、氧化胁迫和机械损伤等方面[6]。Wang等[7]在可见光照射下研究了表面沉积有硫化镉纳米颗粒的大肠杆菌的产氢能力,发现光催化硫化镉纳米颗粒激发的光电子与大肠杆菌产氢途径发生了相互作用,胞内乳酸发酵受到抑制,导致丙酮酸和甲酸浓度增加,NADH/NAD比例升高,产氢酶活性提升,进而导致产氢量显著增加。……