γ-Fe2O3纳米材料与甲基营养型芽孢杆菌对大豆生长及产量的协同促进机制

  【目的】  探究氧化铁纳米材料 (γ-Fe₂O₃ NMs) 与甲基营养型芽孢杆菌叶面配施对大豆生长、产量及籽粒品质的影响及其协同作用机制,为γ-Fe₂O₃ NMs在农业生态系统中的应用提供新思路及理论支持。  【方法】  以大豆为供试作物,纳米材料处理组设置0、1、10、30和50 mg/L 5个浓度,纳米材料与甲基营养型芽孢杆菌复合处理组中包含甲基营养型芽孢杆菌悬液以及对应4个浓度的纳米材料,施用方式为叶面喷施,大豆生长至40天时测定光合作用参数,在成熟期测定植株生物量、植株总糖含量、产量等参数。利用LB平板体外培养实验及分光光度法 (OD₆₀₀)测定γ-Fe₂O₃ NMs对甲基营养型芽孢杆菌生长的影响,利用单颗粒电感耦合等离子质谱仪测定甲基营养型芽孢杆菌对γ-Fe₂O₃ NMs生物可利用性的影响。  【结果】  γ-Fe₂O₃ NMs促进了大豆光合作用,显著提高了大豆生物量,且30、50 mg/L γ-Fe₂O₃ NMs明显提高了大豆产量及籽粒碳水化合物含量。与同浓度纳米处理组 (30、50 mg/L γ-Fe₂O₃ NMs) 相比,甲基营养型芽孢杆菌与γ-Fe₂O₃ NMs共施用的大豆产量分别增加了31.5%及13.4%。甲基营养型芽孢杆菌施用后相较于对照组显著提高了大豆根尖数,γ-Fe₂O₃ NMs单独处理对大豆根尖数没有显著影响,而γ-Fe₂O₃ NMs与甲基营养型芽孢杆菌共施用处理组中大豆的根尖数明显多于甲基营养型芽孢杆菌单独处理。甲基营养型芽孢杆菌发酵液明显降低了γ-Fe₂O₃ NMs的团聚作用。10、30和50 mg/L γ-Fe₂O₃ NMs均能够促进甲基营养型芽孢杆菌的生长,且能够使细菌发酵液中吲哚乙酸含量从3.8 mg/L增加至7.6～8.8 mg/L。γ-Fe₂O₃ NMs与甲基营养型芽孢杆菌配合施用,相较于对照组显著提高了大豆养分吸收及籽粒中营养元素 (Fe、Mn、S、Mg等) 的含量。  【结论】  γ-Fe₂O₃ NMs对光合作用的促进是其促进大豆生长、提高大豆产量的主要机制。γ-Fe₂O₃ NMs与甲基营养型芽孢杆菌配施后,两者对大豆生长、产量及果实品质呈现协同促进作用。其主要机制包括:1) 甲基营养型芽孢杆菌代谢产物能够有效降低γ-Fe₂O₃ NMs的团聚,增加了γ-Fe₂O₃ NMs的生物可利用性;2) γ-Fe₂O₃ NMs显著促进甲基营养型芽孢杆菌生长,提高其代谢产物中吲哚乙酸的含量。     

Silaffins of Diatoms: From Applied Biotechnology to Biomedicine

Silaffins are involved in the formation of the cell walls of diatoms. It is known that silaffins can precipitate silica in vitro, forming nano- and micro-particles in the shape of spheres and plates containing many pores. It is important to note that the deposition of silica and the particle morphology in the presence of silaffins affects chemical and physical agents (e.g., peptides, polyamines, phosphate, nitrogen, and the mechanical changes of the reaction mixture). It is believed that silaffins act as an organic matrix for silica-genesis and that silica pore size should reflect the pattern of a matrix. Here, biotechnology related to silaffins is discussed in the context of “a hypothesis of silaffin matrix” and “the LCPA-phosphate model”. We discuss the most promising area of silaffin biotechnology—the development of production methods for silicon structures with desired shapes and nanostructural properties that can be used to create biocompatible materials.     

降低卷烟烟气有害成分的滤嘴用纳米材料研究进展

纳米材料的快速发展为卷烟减害技术提供了前所未有的机遇,按照滤嘴添加纳米材料的种类,综述了现阶段主要的几类纳米材料(碳基纳米材料、贵金属纳米材料、氧化物纳米材料、纳米矿物材料)在降低卷烟烟气有害成分方面的应用研究现状,并探讨了纳米材料在卷烟滤嘴减害应用方面的发展方向。     

纳米材料对淡水水生生物的生态毒理效应研究进展

作为21世纪三大科学支柱的纳米科学,因其独特的宏观量子隧道效应、量子尺寸效应、表面效应等理化性质被广泛应用于工业生产、医学领域以及人们的日常生活中,也由此引发了生态毒理学等许多方面学者的广泛关注。水生态系统可以接收从雨水沉降、地表径流、地下渗流或者废水排放等各种方式释放出的包括纳米材料在内的大量污染物,而淡水生态系统作为内陆地区主要的水环境无疑会成为纳米材料污染较为严重的部分,其对淡水水生生物生理活性的影响不容忽视。本文介绍了纳米材料的相关性质,分析了纳米材料进入淡水生态系统的主要途径,主要介绍了常见的三类纳米材料并重点分析当前在此方面的研究成果和进展。最后,讨论了纳米毒理学工作者在未来的工作方向并引发相关水产行业对此的关注,并对今后全面研究纳米材料的安全性评价提供新的想法和思路。     

纳米传感器在农药残留检测中的应用研究进展

农药残留是影响食品安全的主要风险因素之一。传统的农药残留检测方法由于需要昂贵、大型的检测仪器往往不能满足现场、实时检测的需要。近年来，随着纳米材料制备及功能化技术日趋完善，其在农药残留快速检测领域的研究日益活跃。纳米材料与荧光法、比色法、表面增强拉曼散射法及电化学法结合，可构建各类纳米传感器，在检测特异性和灵敏度上有较大提升，实现了快速检测技术的突破。本文综述了上述4类主要的纳米传感器在农药残留快速检测中的应用，并对其应用前景进行展望。未来构建选择性高、分析范围广、抗干扰、简单便携的纳米传感器仍将是农药残留检测领域主要的研究方向。     

Promoting effect of Nano-Se on tobacco growth and reactive oxygen species metabolism

Abstract

Se is beneficial to plants’ growth and it is an essential mineral for animals and humans. However, relatively little is known about the relationship between nano-Se concentrations and plant antioxidant activity. In this work, a pot experiment was carried out using two cultivars of tobacco and increasing nano-Se concentrations. The changes of plant biomass, root growth, chlorophyll content, nutrient accumulation and reactive oxygen species (ROS) content in tobacco leaves after being sprayed with nano-Se were studied. The results indicated that the growth of tobacco can be promoted by applying nano-Se in an appropriate concentration. In addition, our research proves that there is cultivars variation in the response of tobacco to increased concentrations of nano-Se. The biomass, root growth characteristics, chlorophyll content and N accumulation of E'yan 1 were increased significantly and were the highest at 5.0?mg L^?1 of nano-Se. On the other hand, the above mentioned indicators for K326 reached the maximum value at 2.5?mg L^?1 and decreased at 5.0?mg L^?1 of nano-Se. The antioxidant enzymes activity were increased by the application of nano-Se, however cultivars variation was detected. The application of nano-Se reduced the amount of thiobarbituric acid reactive substances (TBARS) and ROS at 5.0?mg L^?1 for both cultivars. This study confirms that nano-Se affects positively the growth and oxidative status of tobacco plants. However, this study points out that more research is needed to understand the interaction phenomena observed here between tobacco cultivars and concentrations specifically for the anti-oxidant status of the plant.     

基于SERS技术的基底增强效应对比及食源性芽孢快速检测

为了实现食源性芽孢的快速识别,该研究利用表面增强拉曼光谱技术,以产气荚膜梭菌芽孢（C.perfringens spores）、艰难梭菌芽孢（C.difficile spores）和生孢梭菌芽孢（C. sporogenes spores）为研究对象,将3种不同纳米溶胶材料AuNPs、AgNPs和Au@AgNPs作为表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman scattering,SERS）基底对食源性芽孢的增强效应进行对比,确定较佳增强效果的纳米材料,进一步开展基于较优纳米溶胶材料为基底的SERS技术对不同种属食源性芽孢的光谱解析及快速识别研究。结果表明,Au@AgNPs对食源性芽孢的SERS增强效果最较好,其增强因子达3.49×104,且光谱特异性和重现性良好。经拉曼光谱解析,Ca2+-DPA的拉曼峰是三种食源性芽孢的共有标志特征峰,拉曼振动峰在1 017、1 440和1 570 cm-1波段显示且峰强度不同。C. perfringens芽孢在740、787、821、1 203、1 308和1 627 cm-1有独特的拉曼峰,C. sporogenes芽孢在852 cm-1有独特的拉曼峰,在1 017 cm-1（Ca2+-DPA）、1 081 cm-1（DNA、O-P-O）处峰位强度C. perfringens芽孢>C. sporogenes芽孢>C. difficile芽孢,在1 332 cm-1（核酸中腺嘌呤核酸）、1 440 cm-1（Ca2+-DPA）处峰位强度C. perfringens芽孢>C. difficile芽孢>C. sporogenes 芽孢,3种食源性芽孢的SERS图谱出峰位置和峰强度差异明显。结合主成分分析（Principal Component Analysis,PCA）和线性判别分析（Linear Discriminant Analysis,LDA）构建定性识别模型,经 PCA分析,其前三个主成分的累计贡献率达92.90%,然后利用LDA进行分析,其识别率可达到100%。结果表明,以Au@AgNPs为基底的SERS技术检测方法可以实现对食源性芽孢的快速识别,为食源性芽孢检测和食品安全检测提供了有效手段。     

碳纳米材料在农业环境改良上的应用

近年来纳米材料与技术在农业领域的应用取得了很大的研究进展。碳纳米材料具备纳米材料的特性,在农业中的应用也日益增加,正缓慢地推动着农业生产上的变革。文章主要综述了碳纳米材料在农业环境改良方面的应用,并对其应用前景进行了展望。目前由于纳米材料的安全性评价体系尚不完善,因此,将纳米技术应用于农业时,必须重视相应的毒理学、安全性研究,引导农业纳米技术健康发展。     

人工纳米材料对水生生物毒性的研究进展

近年来纳米技术发展迅速, 人工纳米材料(MNMs)在生物医学、航空航天和建筑等领域中广泛应用。然而, 随着大量MNMs不断进入水环境, 人工纳米粒子对水生生物的毒性效应已引起人们的关注。通过调研人工纳米粒子对水生生物毒性的最新研究成果, 重点对人工纳米粒子在5个方面对水生生物的毒性效应进行综述: 1) 对水生生物个体生长的毒性效应; 2) 对肝组织、鳃组织和脑组织等在组织细胞水平的毒性效应; 3) 在分子和基因水平上对DNA结构、mRNA和相关蛋白质表达的影响; 4) 对水生生物的生殖毒性效应和机制; 5) 对其他生理作用如光合作用和呼吸作用的毒性影响。同时还分析了MNMs对食物链的影响, 进一步对MNMs在水体环境中的毒理学发展方向进行了展望, 以期为中国学者在相关领域的研究工作提供参考与借鉴。