鄭博文，徐長(zhǎng)山，何惠敏，程亮，郭佳昕，劉曉男

東北師范大學(xué)紫外光發(fā)射材料與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春130024

納米材料因其特殊的理化性質(zhì)而在醫(yī)學(xué)、化學(xué)纖維、電子工業(yè)和催化等許多領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值[1-3]。隨著納米材料進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的幾率大大增加，其生物安全性也越來(lái)越引起人們的重視。金屬氧化物納米粒子作為納米材料中重要的一種，在現(xiàn)代生活中發(fā)揮著不可或缺的作用，其生物安全性的研究也同樣倍受關(guān)注。氧化鎂納米粒子(MgO NPs)由于其比表面積大、表面活性高和吸附性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可用作催化劑催化裂解生物質(zhì)材料，包括草本植物、藻類及有機(jī)廢棄物[4]。MgO NPs擁有強(qiáng)抗菌能力，對(duì)葡萄球菌和大腸桿菌等表現(xiàn)出完美的抗菌殺菌效果[5]。MgO NPs吸波效果好、抗沖擊能力強(qiáng)，被認(rèn)為是良好的吸波材料[6]和陶瓷材料[7]。目前，已有關(guān)于MgO NPs毒性研究的報(bào)道。Ghobadian等[8]報(bào)道了高劑量MgO NPs對(duì)斑馬魚胚胎孵化有顯著抑制作用，Ali等[9]在研究中發(fā)現(xiàn)，MgO NPs對(duì)淡水殼菜有毒性效應(yīng)。

筆者研究MgO NPs對(duì)水生植物細(xì)葉蜈蚣草(Egerianajas)光合作用的影響。細(xì)葉蜈蚣草是屬于水蟹科蜈蚣草屬的沉水植物，具有凈化水質(zhì)的作用，是水生態(tài)系統(tǒng)重要初級(jí)生產(chǎn)者。因此，研究MgO NPs對(duì)細(xì)葉蜈蚣草的影響具有很重要的意義。細(xì)葉蜈蚣草的光合作用過(guò)程采用葉綠素a熒光檢測(cè)法進(jìn)行測(cè)量。葉綠素?zé)晒猬F(xiàn)象是葉綠素分子吸收光能后，處于激發(fā)態(tài)的葉綠素分子通過(guò)躍遷又恢復(fù)到穩(wěn)定態(tài)的過(guò)程中產(chǎn)生的發(fā)光現(xiàn)象。葉綠素a熒光檢測(cè)通過(guò)測(cè)量光系統(tǒng)Ⅱ(photosystem Ⅱ, PS Ⅱ)發(fā)出的熒光的變化來(lái)分析植物光合作用的變化[10]。測(cè)量葉綠素a熒光的方法有2種：一種是植物經(jīng)過(guò)暗適應(yīng)處理并用短飽和脈沖光激發(fā)后，測(cè)量快速熒光動(dòng)力學(xué)曲線；另外一種是經(jīng)幾分鐘光化光適應(yīng)處理使葉綠素a熒光恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，再加飽和脈沖光測(cè)熒光產(chǎn)量，進(jìn)一步分析穩(wěn)態(tài)下的光合作用情況[11]。這2種方法使PS Ⅱ供體側(cè)和受體側(cè)電子傳遞的研究更加深入。快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線也稱為OJIP曲線[12-13]，它反映了PS Ⅱ受體側(cè)電子從微秒級(jí)到秒級(jí)的電子傳遞狀況，如PS Ⅱ的電子傳遞、能量捕獲、能量利用率和天線復(fù)合體上的激發(fā)能依靠質(zhì)子梯度的熱能耗散等[14]。

為了深入研究MgO NPs及其析出的Mg2+對(duì)細(xì)葉蜈蚣草光合作用的影響，采用離子選擇性微電極對(duì)MgO NPs懸浮液中析出的Mg2+濃度進(jìn)行了原位實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。離子選擇性微電極(ISEM)[15]是一種電化學(xué)傳感器，它利用具有離子選擇性的液體離子交換劑(liquid ion exchanger, LIX)將待測(cè)離子的活度轉(zhuǎn)化為膜電位進(jìn)行測(cè)量。與以往對(duì)上清液進(jìn)行電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)測(cè)量相比，微電極法避免了上清液中納米粒子殘留及檢測(cè)的非實(shí)時(shí)性帶來(lái)的問(wèn)題，具有操作方便、速度快、靈敏度高和無(wú)損傷等優(yōu)點(diǎn)，能夠在MgO NPs與細(xì)葉蜈蚣草相互作用的全過(guò)程中，對(duì)懸浮液中Mg2+的濃度進(jìn)行測(cè)量。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

MgO NPs和MgCl2(分析純)購(gòu)自Macklin生化科技有限公司(中國(guó))。MgO NPs粒徑<50 nm，純度>99.9%。細(xì)葉蜈蚣草(Egerianajas)購(gòu)自水族養(yǎng)殖場(chǎng)，用去離子水(UPH-1V-10T，四川優(yōu)普超純科技有限公司，中國(guó))洗凈并放置在容積10 L的玻璃水缸中，室溫下培養(yǎng)待用。

1.2 MgO NPs懸浮液和Mg2+溶液的配制

用分析天平(XS205DU，梅特勒-托利多公司，瑞士)稱取1、2、3、4、5、6、8和10 mg MgO NPs分別加入到50 mL去離子水中，超聲(KQ-250DB，350 W，昆山市超聲儀器有限公司，中國(guó))分散30 min，得到濃度分別為20、40、60、80、100、120、160和200 mg·L-1的懸濁液。稱取0.375 mg的MgCl2加入到150 mL去離子水中，得到150 mL濃度為2.5 mg·L-1的MgCl2溶液，將溶液按照1∶2∶3∶4∶5的比例分成5份，加離子水制成體積50 mL濃度分別為0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 mg·L-1的Mg2+溶液。

1.3 細(xì)葉蜈蚣草培養(yǎng)

隨機(jī)選取3根生長(zhǎng)狀況一致的細(xì)葉蜈蚣草切掉根部與頂部，中間部分均勻分成10段，每段長(zhǎng)約2 cm。將共30段細(xì)葉蜈蚣草隨機(jī)抽取，每2段為1份，共分為15份。將這15份分為2組，一組9份、另一組6份，分別處理。處理一，將一組(9份)細(xì)葉蜈蚣草分別暴露在濃度為0、20、40、60、80、100、120、160和200 mg·L-1的MgO NPs懸浮液中(0 mg·L-1為50 mL的去離子水)。處理二，另一組(6份)分別暴露在濃度為0、0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 mg·L-1的Mg2+溶液中。室溫下用植物燈(SY-ZWD-1200W，廣西三熠照明電器有限公司，中國(guó))每天光照8 h，光強(qiáng)約為80 μmol·(m2·s)-1，培養(yǎng)2 d。然后從每一燒杯中2段蜈蚣草上各取3片葉片，每2片一組，共3組，進(jìn)行葉綠素a熒光檢測(cè)。測(cè)試前在葉夾內(nèi)暗適應(yīng)15 min。

1.4 離子選擇性微電極的性能

使用的離子選擇性微電極是通過(guò)將硼硅酸鹽玻璃管(B150-110-10，Sutter Instrument公司，美國(guó))加熱拉制而成，LIX購(gòu)自北京旭月公司。Mg2+選擇性微電極在標(biāo)定液濃度10-1～10-5mol·L-1范圍內(nèi)都有良好的響應(yīng)，線性回歸系數(shù)為0.99984，其檢測(cè)下限可達(dá)約10-5mol·L-1，檢測(cè)精度為1.4%。

1.5 葉綠素a熒光檢測(cè)

1.5.1 快速熒光動(dòng)力學(xué)曲線測(cè)量

用葉綠素?zé)晒鈨x(Yaxin-1161G，北京雅欣理儀科技有限公司，中國(guó))在室溫下測(cè)量細(xì)葉蜈蚣草快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線(OJIP曲線)。470 nm藍(lán)光LED激發(fā)，探測(cè)波長(zhǎng)685 nm，激發(fā)光強(qiáng)3 500 μmol·(m2·s)-1。20 μs、2 ms和30 ms的熒光強(qiáng)度分別記為O(Fo)、J(FJ)、I(FI)點(diǎn)，飽和光照下最大熒光強(qiáng)度記為P(Fm)點(diǎn)。

1.5.2 脈沖瞬態(tài)熒光動(dòng)力學(xué)曲線測(cè)量

用飽和光與光化光脈沖交替激發(fā)葉綠素?zé)晒狻ｏ柡兔}沖寬度為1 s，光強(qiáng)3 500 μmol·(m2·s)-1。光化光脈沖寬度9 s，強(qiáng)度為100 μmol·(m2·s)-1。飽和光照射期間，記錄OJIP曲線，可得到葉片的最大葉綠素?zé)晒?Fm)。光化光照射期間，可測(cè)得穩(wěn)態(tài)熒光(FS)。實(shí)際最大葉綠素?zé)晒?F’m)在達(dá)到穩(wěn)態(tài)熒光后通過(guò)照射飽和脈沖測(cè)量。

1.6 統(tǒng)計(jì)方法

本實(shí)驗(yàn)中，每組葉綠素a熒光檢測(cè)均重復(fù)3次以上，數(shù)據(jù)處理采用SSPS 23.0軟件進(jìn)行方差分析，采用ANOVA方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析(檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為P<0.05)。*表示P<0.05，**表示P<0.01。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表示方式為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果(Results)

2.1 MgO NPs懸浮液中析出的Mg2+濃度的變化

圖1(a)為培養(yǎng)細(xì)葉蜈蚣草時(shí)不同濃度MgO NPs懸浮液在48 h內(nèi)析出Mg2+的情況。在前4 h內(nèi)不同濃度MgO NPs懸浮液中析出的Mg2+濃度基本不隨時(shí)間變化。4 h之后Mg2+濃度逐漸升高，24 h后達(dá)到飽和值，范圍在0.7～2.4 mg·L-1之間。當(dāng)MgO NPs懸浮液濃度達(dá)到160 mg·L-1時(shí)，析出Mg2+飽和濃度達(dá)到2.4 mg·L-1且不再隨MgO NPs濃度的增加而升高。圖1(b)給出了未培養(yǎng)細(xì)葉蜈蚣草時(shí)，MgO NPs懸浮液在相同時(shí)間內(nèi)析出Mg2+的情況。

圖1 培養(yǎng)(a)與未培養(yǎng)(b)細(xì)葉蜈蚣草時(shí)不同濃度MgO NPs懸浮液48 h內(nèi)析出的Mg2+濃度變化Fig. 1 Changes of the concentrations of Mg2+ released in the suspensions of different concentrations of MgO NPs with (a) and without (b) Egeria najas cultivated in them within 48 h

Mg2+濃度隨時(shí)間不斷升高，24 h后達(dá)到飽和值，范圍在0.9～2.8 mg·L-1之間。比較而言，未培養(yǎng)細(xì)葉蜈蚣草的懸浮液中Mg2+濃度較高。

2.2 MgCl2溶液中Mg2+濃度的變化

在初始濃度分別為0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 mg·L-1的MgCl2溶液中培養(yǎng)細(xì)葉蜈蚣草時(shí)，溶液中Mg2+濃度在48 h內(nèi)的變化情況如圖2所示，隨著時(shí)間的推移，Mg2+濃度都在不斷降低。Mg2+濃度下降的速度也隨時(shí)間而改變，在0～4 h內(nèi)，Mg2+濃度下降較快，4 h后Mg2+濃度的變化逐漸趨緩。

圖2 培養(yǎng)細(xì)葉蜈蚣草時(shí)，不同濃度MgCl2溶液48 h內(nèi)的Mg2+濃度的變化Fig. 2 Changes of Mg2+ concentrations in different concentrations of MgCl2 solution within 48 h when cultivating Egeria najas

2.3 MgO NPs處理后細(xì)葉蜈蚣草熒光動(dòng)力學(xué)曲線參數(shù)的變化

快速葉綠素?zé)晒庹T導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線，又稱OJIP曲線，其中，O、J、I和P點(diǎn)大致在20 μs、2 ms、30 ms和400 ms處，F(xiàn)o、FJ、FI和FP分別代表O、J、I和P這4點(diǎn)熒光強(qiáng)度。圖3(a)是細(xì)葉蜈蚣草經(jīng)去離子水培養(yǎng)2 d的OJIP曲線，它反映了光合作用中PS Ⅱ電子傳遞狀態(tài)。由圖3(b)中可知，細(xì)葉蜈蚣草經(jīng)MgO NPs處理2 d，初始熒光的斜率和J點(diǎn)相對(duì)熒光強(qiáng)度發(fā)生了改變。熒光強(qiáng)度在濃度為80 mg·L-1之前有隨著濃度的增加而增大的趨勢(shì)。而濃度超過(guò)80 mg·L-1時(shí)，初始熒光的斜率和J點(diǎn)的相對(duì)可變熒光強(qiáng)度隨著濃度的增加有減小的趨勢(shì)。

圖3 經(jīng)過(guò)去離子水(a)與MgO NPs(b)處理后的細(xì)葉蜈蚣草的快速葉綠素a熒光誘導(dǎo)動(dòng)力學(xué)曲線(OJIP)注：在O和P之間將葉綠素a熒光強(qiáng)度做歸一化處理，V=(Ft-Fo)/(Fm-Fo)，(b)中插圖為100～200 μs的OJIP曲線局部放大圖。Fig. 3 The fast chlorophyll a fluorescence induction kinetics curve (OJIP) of Egeria najas after treatment with deionized water (a) and MgO NPs (b)Note: Normalized the fluorescence intensity of chlorophyll a between O and P, V=(Ft-Fo)/(Fm-Fo); the illustration in (b) is a partial enlargement of the OJIP curve of 100～200 μs.

通過(guò)JIP測(cè)定計(jì)算出相應(yīng)的熒光參數(shù)來(lái)分析MgO NPs對(duì)PS Ⅱ的影響。由圖4(a)可知，MgO NPs濃度為40～100 mg·L-1時(shí)，PS Ⅱ反應(yīng)中心關(guān)閉的凈速率(M0)和相對(duì)可變熒光強(qiáng)度(VJ)有明顯上升趨勢(shì)(P<0.05)。濃度分別為40、60、80和100 mg·L-1時(shí)，M0分別上升了37.4%、67.9%、69.5%和47.6%，VJ分別上升25.7%、45.3%、43.2%和32.5%。當(dāng)MgO NPs濃度為120～200 mg·L-1時(shí)，M0和VJ的上升趨勢(shì)并不明顯。圖4(b)為細(xì)葉蜈蚣草經(jīng)不同濃度MgO NPs處理后能量利用率的變化。隨著MgO NPs濃度的增加，捕獲激子中用來(lái)推動(dòng)電子傳遞的效率(Ψ0)、最大光化學(xué)量子效率(ΦP0)以及電子傳遞的量子產(chǎn)額(ΦE0)呈下降趨勢(shì)。當(dāng)MgO NPs濃度為40～100 mg·L-1時(shí)，Ψ0和ΦE0有明顯的下降趨勢(shì)(P<0.01)。在濃度為40、60、80和100 mg·L-1時(shí)，Ψ0分別下降了20.3%、35.7%、34.0%和25.7%，ΦE0分別下降22.2%、42.3%、44.2%和38.5%。MgO NPs濃度為60～100 mg·L-1時(shí)，ΦP0有明顯下降趨勢(shì)(P<0.01)。在濃度為60、80和100 mg·L-1時(shí)，ΦP0分別下降10.4%、16.1%和17.5%。當(dāng)MgO NPs為120～200 mg·L-1時(shí)，ΦP0下降趨勢(shì)不明顯。

圖4 經(jīng)MgO NPs處理后，細(xì)葉蜈蚣草PS Ⅱ關(guān)閉的凈速率和J點(diǎn)的葉綠素a相對(duì)可變熒光強(qiáng)度的變化(a)與PS Ⅱ能量利用率的變化(b)注：VJ為相對(duì)可變熒光強(qiáng)度，M0為PS Ⅱ反應(yīng)中心關(guān)閉的凈速率，Ψ0為電子傳遞的效率，ΦE0為電子傳遞的量子產(chǎn)額，ΦP0為最大光化學(xué)量子效率。Fig. 4 The net rate of PS Ⅱ closure and the relative variable fluorescence intensity of chlorophyll a at point J (a) and PS Ⅱ energy utilization (b) in Egeria najas after treatment with MgO NPsNote: VJ is the relative variable fluorescence; M0 is the net rate of the closure of the reaction center of PS Ⅱ; Ψ0 is efficiency of electron transport; ΦE0 is quantum yield of electron transport; ΦP0 is the maximum quantum yield of photochemistry.

圖5(a)為經(jīng)不同濃度MgO NPs懸浮液處理后，細(xì)葉蜈蚣草PS Ⅱ的能量流的變化。從圖中可看出，單位反應(yīng)中心吸收的光能(ABS/RC)、捕獲的光能(TR0/RC)、用于電子傳遞的能量(ET0/RC)和用于熱耗散的能量(DI0/RC)均有不同程度的變化。MgO NPs濃度為60～100 mg·L-1時(shí)，ABS/RC、TR0/RC和DI0/RC隨著MgO NPs濃度增加而明顯升高(P<0.05)，ET0/RC明顯降低(P<0.05)。MgO NPs濃度為80 mg·L-1時(shí)變化最為明顯，ABS/RC升高了42.1%，TR0/RC升高17.9%，DI0/RC升高99.5%，ET0/RC降低22.8%。MgO NPs濃度為120～200 mg·L-1時(shí)，各參數(shù)呈降低趨勢(shì)，在200 mg·L-1時(shí)，降低趨勢(shì)不明顯。圖5(b)為細(xì)葉蜈蚣草PS Ⅱ吸收能量耗散過(guò)程的變化。隨著MgO NPs濃度增加，PS Ⅱ?qū)嶋H光量子效率(ΦPS Ⅱ)呈下降趨勢(shì)，非調(diào)節(jié)性能量耗散(ΦNO)和調(diào)節(jié)性能量耗散(ΦNPQ)呈升高趨勢(shì)。當(dāng)MgO NPs濃度為40～200 mg·L-1時(shí)，ΦPS Ⅱ下降趨勢(shì)明顯(P<0.05)，濃度為120 mg·L-1和160 mg·L-1時(shí)，下降趨勢(shì)減弱。當(dāng)MgO NPs濃度為60～120 mg·L-1時(shí)，ΦNO升高趨勢(shì)非常明顯(P<0.01)。濃度為120 mg·L-1和160 mg·L-1時(shí)，升高趨勢(shì)減弱。當(dāng)MgO NPs濃度為40～80 mg·L-1時(shí)，ΦNPQ升高趨勢(shì)明顯(P<0.05)，而當(dāng)濃度再升高時(shí)，ΦNPQ升高趨勢(shì)并不明顯。

圖5 經(jīng)MgO NPs處理后，細(xì)葉蜈蚣草PS Ⅱ能量流的變化(a)和PS Ⅱ吸收能量的耗散過(guò)程的變化(b)注：ABS/RC為單位反應(yīng)中心吸收的光能Fig. 5 Changes in the energy flow of PS Ⅱ (a) and changes in the dissipation process of PS Ⅱ absorbed energy (b) in Egeria najas after treatment with MgO NPsNote: ABS/RC is the absorption flux per reaction center (RC).

2.4 Mg2+處理下細(xì)葉蜈蚣草熒光動(dòng)力學(xué)曲線參數(shù)的變化

經(jīng)過(guò)不同濃度Mg2+溶液處理后，細(xì)葉蜈蚣草各個(gè)光合作用參數(shù)變化如圖6所示。圖6(a)中M0和VJ呈下降的趨勢(shì)，當(dāng)Mg2+濃度為1 mg·L-1和2.5 mg·L-1時(shí)下降明顯(P<0.05)。由圖6(b)可知，捕獲的激子中Ψ0、ΦP0以及ΦE0呈上升趨勢(shì)，在Mg2+濃度為1 mg·L-1和2.5 mg·L-1時(shí)上升明顯(P<0.05)。由圖6(c)和圖6(d)可知，ABS/RC、TR0/RC、ET0/RC、DI0/RC以及ΦPS Ⅱ、ΦNO、ΦNPQ各個(gè)參數(shù)均基本不變。

圖6 經(jīng)不同濃度的Mg2+溶液處理后，細(xì)葉蜈蚣草各個(gè)光合作用參數(shù)變化Fig. 6 Changes in photosynthesis parameters of Egeria najas after treatment with different concentrations of Mg2+ solution

3 討論(Discussion)

根據(jù)測(cè)得的JIP參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)經(jīng)不同濃度的MgO NPs處理后，細(xì)葉蜈蚣草PS Ⅱ受體側(cè)的電子傳遞發(fā)生了不同的變化。M0為PS Ⅱ反應(yīng)中心關(guān)閉的凈速率，VJ反映了經(jīng)光照2 s活性反應(yīng)中心關(guān)閉的程度。由圖4(a)可知，細(xì)葉蜈蚣草經(jīng)過(guò)低濃度MgO NPs處理后，PS Ⅱ受體側(cè)的電子傳遞和PS Ⅱ反應(yīng)中心之間的連通性受到抑制。ΦP0表示細(xì)葉蜈蚣草經(jīng)暗適應(yīng)后PS Ⅱ的最大光化學(xué)量子效率，由圖4(b)可知，Ψ0和ΦE0都有所下降，說(shuō)明MgO NPs抑制了PS Ⅱ?qū)ξ展饽艿睦?。由圖5(a)中可知，經(jīng)MgO NPs處理后，ABS/RC和DI0/RC都有明顯升高的趨勢(shì)。由于TR0/RC沒(méi)有ABS/RC和DI0/RC升高明顯，且ET0/RC降低，因此，細(xì)葉蜈蚣草葉綠素含量降低，說(shuō)明MgO NPs抑制了葉綠素合成。這一點(diǎn)與吳明珠等[16]的結(jié)果相一致，在他們的報(bào)道中，100 mg·L-1的MgO NPs懸液，幾乎完全抑制了葉綠素的合成。由圖5(b)可知，ΦPS Ⅱ隨著MgO NPs濃度增加而降低，說(shuō)明MgO NPs抑制了PS Ⅱ反應(yīng)中心吸收的光能用于光合電子傳遞的效率。ΦNPQ和ΦNO有不同程度升高，反映了調(diào)節(jié)性能量耗散這種保護(hù)機(jī)制不能抵抗MgO NPs的毒性，PS Ⅱ反應(yīng)中心受到了損傷。以上結(jié)果說(shuō)明，MgO NPs從多個(gè)方面對(duì)細(xì)葉蜈蚣草光合作用產(chǎn)生了抑制。但當(dāng)MgO NPs處于高濃度時(shí)，大多數(shù)熒光參數(shù)沒(méi)有發(fā)生明顯變化。這可能是由于MgO NPs在高濃度時(shí)發(fā)生團(tuán)聚，減低了對(duì)細(xì)葉蜈蚣草的毒性[17]。

由圖6可知，用不同濃度的MgCl2溶液處理的細(xì)葉蜈蚣草M0和VJ有下降的趨勢(shì)，說(shuō)明Mg2+促進(jìn)了PS Ⅱ反應(yīng)中心之間的連通性。Ψ0、ΦP0和ΦE0呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明Mg2+對(duì)光能利用率也有促進(jìn)作用。這種促進(jìn)作用并不難理解，一方面Mg2+是葉綠素的中心離子，對(duì)維持葉綠體的結(jié)構(gòu)和功能起著重要作用，是光合作用中不可或缺的重要元素；另一方面Portis和Heldt[18]曾報(bào)道Mg2+能夠從類囊體腔進(jìn)入基質(zhì)從而起到優(yōu)化光合酶活性的作用。

金屬氧化物納米粒子自身與其所釋放的金屬離子各自毒性的大小，一直存在著分歧[19-21]。吳明珠等[16]在研究MgO NPs對(duì)斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)的毒性效應(yīng)及致毒機(jī)理時(shí)，對(duì)培養(yǎng)至對(duì)數(shù)期的(3 d)的藻液取樣離心后，發(fā)現(xiàn)當(dāng)MgO NPs的濃度為100 mg·L-1時(shí)，上清液中的Mg2+濃度為2.14 mg·L-1，與本文在培養(yǎng)細(xì)葉蜈蚣草的MgO NPs懸液中測(cè)得的數(shù)值1.65 mg·L-1大體相當(dāng)。由于該文中沒(méi)有給出未培養(yǎng)藻類的MgO NPs懸液中的Mg2+濃度及培養(yǎng)過(guò)程中藻液中Mg2+濃度變化的相關(guān)結(jié)果，因此，無(wú)法判斷斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)對(duì)Mg2+的吸收情況。由本文的結(jié)果可知，100 mg·L-1的MgO NPs懸液配制完成后，如不加入細(xì)葉蜈蚣草，其Mg2+的濃度的飽和值為2.26 mg·L-1。當(dāng)加入細(xì)葉蜈蚣草時(shí)，Mg2+的飽和濃度有所減小，為1.65 mg·L-1。MgCl2溶液在培養(yǎng)細(xì)葉蜈蚣草的過(guò)程中，其Mg2+的濃度也會(huì)逐漸下降。Mg2+濃度的下降可能來(lái)自于細(xì)葉蜈蚣草自身的吸收，也可能來(lái)自于Mg2+在細(xì)葉蜈蚣草表面的直接吸附或通過(guò)吸附于納米顆粒而間接地在細(xì)葉蜈蚣草表面聚集[22]。但如果只有單純的表面吸附或聚集，則很難解釋MgCl2溶液中細(xì)葉蜈蚣草光合作用的增強(qiáng)，因此，可以認(rèn)為細(xì)葉蜈蚣草對(duì)Mg2+有吸收。

由于初始濃度為0.5、1.0、1.5、2.0和2.5 mg·L-1的MgCl2溶液對(duì)細(xì)葉蜈蚣草的光合作用均起促進(jìn)作用，因此，盡管MgO NPs懸液中確有Mg2+析出，但其對(duì)細(xì)葉蜈蚣草光合作用的毒性并非來(lái)自Mg2+，而應(yīng)與MgO NPs自身特殊的物理化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

如果把未培養(yǎng)和培養(yǎng)有細(xì)葉蜈蚣草的MgO NPs懸液(或MgCl2溶液)中Mg2+濃度的飽和值之差視為細(xì)葉蜈蚣草對(duì)Mg2+的表觀吸收量，可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MgO NPs的濃度為80 mg·L-1時(shí)，其飽和Mg2+濃度為2.01 mg·L-1，表觀吸收量約為0.36 mg·L-1；而對(duì)于初始濃度為2.0 mg·L-1的MgCl2溶液，其表觀吸收量則為0.69 mg·L-1，高出47.8%。這表明，MgO NPs抑制了細(xì)葉蜈蚣草對(duì)Mg2+的吸收。這種抑制作用可能來(lái)自2個(gè)方面，一是MgO NPs的存在降低了細(xì)葉蜈蚣草自身對(duì)Mg2+的吸收能力。二是在高濃度下，納米粒子在細(xì)葉蜈蚣草表面沉積形成阻擋層，阻礙了細(xì)葉蜈蚣草表對(duì)Mg2+的吸收。由于MgO NPs懸液在作用于細(xì)葉蜈蚣草之前其游離Mg2+濃度已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定值，故MgO NPs對(duì)Mg2+的吸附應(yīng)該已經(jīng)達(dá)到飽和，其對(duì)表觀吸收量的影響略去不計(jì)。Perreault等[20]曾報(bào)道CuO NPs對(duì)膨脹浮萍(LemnagibbaL.)的毒性主要源于其顆粒釋放的Cu2+。CuO NPs與MgO NPs致毒機(jī)理不同的原因可能和Mg2+在葉綠素中處于弱結(jié)合點(diǎn)位有關(guān)[23]，過(guò)量的Cu2+會(huì)代替Mg2+點(diǎn)位導(dǎo)致植物缺鎂。

綜上所述，經(jīng)MgO NPs處理后，細(xì)葉蜈蚣草的M0和VJ上升，表明MgO NPs減弱了PS Ⅱ反應(yīng)中心之間的連通性并抑制了PS Ⅱ受體側(cè)的電子傳遞；ABS/RC和TR0/RC升高以及ΦNPQ和ΦNO降低，說(shuō)明部分PS Ⅱ反應(yīng)中心失活；DI0/RC的升高以及ET0/RC、ΦPS Ⅱ、Ψ0、ΦE0和ΦP0的降低則表明MgO NPs抑制了PS Ⅱ?qū)ξ展饽艿睦?。而?jīng)MgCl2溶液處理后，細(xì)葉蜈蚣草的M0和VJ降低、Ψ0、ΦE0和ΦP0升高，表明Mg2+促進(jìn)反應(yīng)中心之間的連通性及對(duì)吸收光能的利用，即Mg2+促進(jìn)了細(xì)葉蜈蚣草光合作用。盡管MgO NPs懸浮液的確會(huì)釋放出Mg2+，但其對(duì)細(xì)葉蜈蚣草光合作用的毒性來(lái)源于MgO NPs本身而非其析出的Mg2+。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)，MgO NPs懸浮液中析出的Mg2+濃度并非常數(shù)，隨時(shí)間推移Mg2+濃度不斷增高并在大約24 h后達(dá)到飽和值。加入細(xì)葉蜈蚣草后，飽和值的數(shù)值有所下降。MgCl2溶液中加入細(xì)葉蜈蚣草后，其中的Mg2+濃度也會(huì)下降。這一發(fā)現(xiàn)彌補(bǔ)了常用的對(duì)離心后的上清液進(jìn)行測(cè)量的不足，同時(shí)也說(shuō)明細(xì)葉蜈蚣草會(huì)吸收MgO NPs懸浮液和MgCl2溶液中的Mg2+。但比較2種情況下的表觀吸收量會(huì)發(fā)現(xiàn)，MgO NPs抑制了細(xì)葉蜈蚣草對(duì)Mg2+的吸收能力。