综述：工程化制备先进的过渡金属六氰铁酸盐复合材料以增强铯离子捕获能力：设计策略与性能综述

《Journal of Environmental Management》：Engineering advanced composites of transition metal hexacyanoferrates for enhanced cesium ion capture: A review on design strategies and performance

复合纳米材料与抗生素协同毒性对植物生长及抗氧化系统的影响研究表明，过氧化物复合纳米材料（SrCoO3-MoS2）与左氧氟沙星共同暴露显著抑制芦苇生长（总根长减少39.70%），加速钴离子泄漏并增强植物组织钴积累（达4.1倍），导致抗氧化系统失衡及相关基因表达调控。该研究揭示了复合污染下纳米材料生态风险的协同机制，为准确评估新型纳米材料环境风险提供理论依据。

　　

何玉轩|朱月明|钱金|卢边和|唐思静|刘寅|沈俊伟|季沐生

昆明理工大学化学工程学院，中国昆明650500

摘要

复合纳米颗粒的研发和应用正在迅速发展，但对其植物毒性的研究仍然有限。在自然环境中，纳米材料通常与其他污染物（如抗生素）共存。然而，关于这些污染物联合效应的研究仍然很少。因此，传统的单一毒性评估可能会严重低估它们的实际环境风险。本研究探讨了钙钛矿复合纳米颗粒（SrCoO₃-MoS₂，简称SM）和左氧氟沙星（LVF）共同作用对Phragmites communis（简称P. communis）生理效应的影响。结果表明，SM和LVF的共同作用显著抑制了植物生长，使P. communis的总根长减少了39.70%（p < 0.05），这一协同效应与钙钛矿晶格中钴离子的加速浸出有关，导致植物组织中的钴积累量比单独暴露于SM时增加了4.1倍。这种金属稳态的破坏超出了植物的抗氧化防御系统。此外，这种共同作用还负调节了参与抗氧化防御系统和由非生物胁迫触发的多条信号通路的基因表达。本研究为准确评估复合污染物条件下的新型纳米材料的生态风险提供了重要的理论基础和实践见解。

引言

纳米技术是一个应用广泛的领域，涵盖农业科学、材料科学、环境科学和医学等多个学科（Chhipa, 2017; Sardari et al., 2024）。近年来，钙钛矿因其在现代环境催化领域的卓越催化活性、多样的结构特性和广泛的应用潜力而成为研究热点（Aldeen et al., 2023）。然而，将这些催化剂应用于农业或生态用地会引发对其环境安全性的担忧。特别是，钙钛矿催化剂中金属离子的意外释放可能对植物造成危害，甚至通过食物链对人类产生不良影响（Pourrut et al., 2011）。因此，深入研究这些新兴复合纳米材料的生物效应和环境归趋对其安全设计和风险管理至关重要。已有许多研究评估了钙钛矿材料对植物和动物的毒性，包括可浸出化合物和钙钛矿纳米颗粒（Kwak et al., 2021; Zhai et al., 2020）。Li等人的研究将碘化铅（PbI₂）和碘化甲铵（MAI）混合物暴露于薄荷、辣椒和卷心菜中，以评估卤化物钙钛矿的生物效应和铅的生物积累（Li et al., 2020）。Hutter等人评估了多种钙钛矿相关材料（包括钙钛矿溶液、MAPbI₃、MAPbBr₃、PbI₂、PbBr₂、MAI和MABr）对Arabidopsis thaliana的植物毒性（Hutter et al., 2022），发现碘离子（I^?的毒性作用比铅更明显。然而，在实际应用中常常忽视了它们的催化不稳定性，这可能会增加环境风险。近年来，钙钛矿复合材料因其潜在的应用价值（如高级氧化过程AOPs中去除废水中的有机污染物）而受到广泛研究（Yu et al., 2024），这些复合材料通常含有过渡金属（如SrCoO₃、LaFeO₃）。这种复合结构可能会改变材料的稳定性、离子浸出动力学及其与生物系统的相互作用方式，从而导致不同的环境行为和毒性机制。需要注意的是，不同植物对钙钛矿材料的敏感性各不相同，因此需要针对更多植物种类进行实验以全面评估其影响（Jose et al., 2024）。此外，了解长期暴露于钙钛矿材料对植物生长和发育的影响对于评估这些材料对生态系统的潜在风险非常重要。在水生生态系统中，水生生物的生长通常发生在复杂的水质条件下（Jo, 2024）。评估包含钙钛矿纳米颗粒浸出物和有机污染物的复合水系统对水生植物或动物的协同或拮抗效应在自然环境中可能比单一化合物的评估更为复杂。更重要的是，在实际水生环境中，这些催化材料的设计初衷是降解有机污染物，这意味着它们不可避免地会与抗生素等有机污染物共存并相互作用。

材料与实验设计

土壤样本信息见补充信息文本S1。

暴露实验在气候控制室内进行。具体来说，暴露处理分为三部分：单独暴露于LVF、单独暴露于复合纳米颗粒（SrCoO₃-MoS₂，简称SM，见补充信息文本S2），以及SM与LVF的共同暴露（He et al., 2023）。该设计旨在准确区分SM和LVF的独立效应。

植物的生长反应

对P. communis生长的视觉评估（图S1）显示，SM10、SM100和LVF单独暴露均抑制了P. communis的生长。然而，所有共同暴露组对P. communis生长的抑制作用更为显著。如图1a所示，CK组的P. communis根长（TL）与其他暴露组存在统计学上的显著差异。此外，根参数（包括表面积SA）也显示出差异。

结论

本研究旨在探讨钙钛矿复合纳米颗粒（SrCoO₃-MoS₂，简称SM）和LVF共同作用对P. communis的影响，揭示了这种共同作用对植物生长和抗氧化系统的影响，并通过转录组测序揭示了基因层面的响应机制。SM和LVF在生长抑制和钴积累等关键指标上的统计学显著交互作用（p < 0.001）表明它们之间的协同效应。

CRediT作者贡献声明

何玉轩：撰写初稿、数据可视化、资源收集、实验设计、数据分析。 朱月明：指导、方法论设计、数据管理、概念构思。 钱金：撰写与编辑、指导、资金争取、概念构思。 卢边和：指导、概念构思。 唐思静：结果验证、实验设计。 刘寅：撰写与编辑、指导。 沈俊伟：结果验证、实验设计。 季沐生：数据可视化、实验设计。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家重点研发计划（编号：2016YFC0401703）、国家自然科学基金（编号：51779078）、江苏省六大人才高峰项目（编号：JNHB-012）以及江苏省高等教育机构优先学术发展计划（PAPD）的财政支持。