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碳量子点对光合细菌生长过程的影响及其作用机制研究

2020-12-02阅读(298)

碳量子点对光合细菌生长过程的影响及其作用机制研究

论文摘要

碳量子点（Carbon quantum dots）作为一类新兴的荧光碳纳米材料,因其优良的物化特性而广受关注,已然成为碳纳米材料研究领域的热点。十几年来,CQDs已被证实在众多领域有广阔的应用前景。随着对CQDs合成与应用的广泛开展,越来越多的人开始关注CQDs的毒性效应。考虑到其纳米尺寸、丰富的表面官能团以及优良的荧光性质和光电转移特性等,CQDs可能给生物体和环境带来负面影响。本文以柠檬酸基含氮碳量子点（N-CQDs）为实验材料,以光合细菌Rhodopseudomonas acidophila为受试生物,探讨N-CQDs对光合细菌R.acidophila生长的影响及其作用机制。结果如下:（1）以柠檬酸为碳源、乙二胺为氮源,通过水热合成法制备氮掺杂碳量子点（N-CQDs）,证实了N-CQDs富含羟基、羧基、氨基等官能团,平均粒径约为6.72nm,颗粒分散均匀,其水溶液在紫外灯照射下能发射较强的蓝色荧光,相对荧光量子产率为19.76%。（2）通过分析R.acidophila的生理指标,研究N-CQDs对光合细菌R.acidophila生长状况的影响。结果表明,在光强为4500 lux时,N-CQDs会抑制R.acidophila的生长,降低其生物量,且呈现浓度依赖性;N-CQDs诱导R.acidophila菌体中类胡萝卜素含量的提高,但使其菌绿素含量降低;N-CQDs诱导细菌总超氧化物歧化酶活性的升高,导致丙二醛的积累,对细胞膜造成损伤,进而导致细胞内含物如光合色素、蛋白质等的大量外泄;PI染色和SEM图片证实N-CQDs对R.acidophila存在膜接触损伤。研究发现,N-CQDs对R.acidophila的生物毒性,主要是由膜接触损伤和氧化胁迫两种作用造成的。（3）通过分析R.acidophila的生理指标,研究不同光强下（3000 lux、6000 lux、10000 lux）N-CQDs对R.acidophila生长的作用情况。结果表明,在低光强下（3000lux）,N-CQDs抑制R.acidophila的生长代谢能力,延长其进入稳定期的时间,并且降低其生物量;N-CQDs会降低菌绿素的含量,导致类胡萝卜素的积累,诱导细菌总超氧化物歧化酶活性的升高,提高丙二醛的含量,从而引起细菌的氧化应激反应,导致细胞膜的损伤,胞内蛋白质外泄;总超氧化物歧化酶活性的变化说明低光强下（3000 lux）R.acidophila受到弱光和N-CQDs的双重胁迫。而高光强下（6000 lux和10000 lux）,R.acidophila的生长代谢能力被光照激活,N-CQDs刺激细菌合成和积累光合色素、胞内蛋白等的物质,表现为刺激细菌的生长。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • abstract
  • 第一章 绪论
  •   1.1 碳量子点（CQDs）
  •   1.2 碳量子点的合成
  •     1.2.1 自上而下法
  •     1.2.2 自下而上法
  •   1.3 碳量子点的性质
  •     1.3.1 激发独立性
  •     1.3.2 上转换荧光
  •     1.3.3 电化学发光特性
  •     1.3.4 稳定性
  •     1.3.5 高生物相容性和低细胞毒性
  •     1.3.6 光电荷转移特性
  •   1.4 碳量子点的应用
  •     1.4.1 生物成像
  •     1.4.2 分析检测
  •     1.4.3 催化转化
  •     1.4.4 其他应用
  •   1.5 碳量子点的生物毒性研究
  •   1.6 研究意义与主要内容
  •     1.6.1 研究意义
  •     1.6.2 主要内容
  • 第二章 N-CQDs的合成与表征
  •   2.1 引言
  •   2.2 实验部分
  •     2.2.1 N-CQDs的合成
  •     2.2.2 N-CQDs的表征
  •   2.3 结果与讨论
  •     2.3.1 光学性质表征
  •     2.3.2 官能团分析
  •     2.3.3 形貌及粒径表征
  •     2.3.4 荧光稳定性
  •   2.4 小结
  • 第三章 N-CQDs对光合细菌生长过程的影响
  •   3.1 引言
  •   3.2 实验部分
  •     3.2.1 实验方案
  •     3.2.2 材料与方法
  •   3.3 结果与讨论
  •     3.3.1 N-CQDs对 R.acidophila的生长抑制
  •     3.3.2 N-CQDs对光合色素的影响
  •     3.3.3 N-CQDs对培养液状态的影响
  •     3.3.4 N-CQDs对蛋白质与丙二醛含量的影响
  •     3.3.5 N-CQDs对总超氧化物歧化酶活力的影响
  •     3.3.6 N-CQDs对细胞膜完整性的影响
  •     3.3.7 N-CQDs对 R.acidophila的毒性分析
  •   3.4 小结
  • 第四章 不同光强下N-CQDs对光合细菌生长的影响
  •   4.1 引言
  •   4.2 实验部分
  •     4.2.1 实验方案
  •     4.2.2 材料与方法
  •   4.3 结果与讨论
  •     4.3.1 不同光强下R.acidophila的生长情况
  •     4.3.2 不同光强下N-CQDs对 R.acidophila生长过程的影响
  •     4.3.3 不同光强下N-CQDs对 R.acidophila光合色素的影响
  •     4.3.4 不同光强下N-CQDs对 R.acidophila丙二醛的影响
  •     4.3.5 不同光强下N-CQDs对 R.acidophila蛋白质的影响
  •     4.3.6 不同光强下N-CQDs对 R.acidophila总 SOD酶活力的影响
  •   4.4 小结
  • 第五章 结论与建议
  •   5.1 结论
  •   5.2 建议
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 周岳陵

    导师: 岳正波

    关键词: 碳量子点,光合细菌,生物毒性,氧化胁迫

    来源: 合肥工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,化学,材料科学,环境科学与资源利用

    单位: 合肥工业大学

    分类号: X172;TB383.1;O657.3

    DOI: 10.27101/d.cnki.ghfgu.2019.000038

    总页数: 74

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