随着纳米材料的使用日益广泛,纳米粒子向自然环境的扩散也越来越严重。这些人工纳米材料与环境中原有的一些重金属污染物之间的协同作用及其所带来的复杂生物效应,也越来越引起人们的重视。MgO NPs对重金属Cd的生物毒性的影响一直受到人们的重视,也进行了多方面的研究。目前这类研究中的一个重要不足是缺乏对Cd²⁺浓度和MgO NPs中释放的Mg²⁺浓度的实时动态测量。这主要是由于目前普遍采用的ICP-AES方法受测量原理和制样程序的限制不能对离子浓度进行实时动态测量。针对这一问题,本文成功制备了Cd²⁺和Mg²⁺选择性微电极,解决了Cd²⁺和Mg²⁺浓度的实时动态测量问题。在此基础上,本文以大蒜作为受试植物,研究了纳米MgO与重金属Cd的协同作用对大蒜根系生长的影响,特别是MgO纳米粒子对重金属Cd的生物毒性的抑制作用。研究发现,和对照组相比,1.0、2.0、3.0和4.0 mg/L Cd²⁺胁迫下,大蒜根系伸长量分别减少了约40.5%、45.3%、77.6%和91.9%。80.0 mg/L MgO NPs加入后,大蒜根长比在单独Cd²⁺溶液处理下分别增加了约34.3%、48.3%、45.6%和18.8%。30.0 mg/L Mg²⁺也能够抑制Cd²⁺的毒性,和单独Cd²⁺处理组相比,1.0、2.0 mg/L Cd²⁺+Mg²⁺的处理组中根长分别增加了约29.4%和17.3%。为实时动态地测量溶液中Cd²⁺和Mg²⁺的浓度,本文制备的Cd²⁺选择性微电极的检测下限约为4.47×10^-6 mol/L,在Cd²⁺浓度为10^-5～10^-2 mol/L的范围内具有良好的线性性能,可检测精度为2%。Mg²⁺选择性微电极的检测下限约为2.18×10^-5 mol/L,在Mg²⁺浓度为10^-4～10^-1 mol/L的范围内具有较好的线性性能,相对误差小于4%。离子浓度测量结果显示,1.0～4.0 mg/L Cd²⁺处理组在6 h时,Cd²⁺浓度分别减少了约86.4%、85.5%、88.3%和87.7%。加入MgO NPs后,约2 h时,四个处理组中Cd²⁺浓度均几乎下降至初始浓度的10%。这表明在大蒜对Cd²⁺有吸收作用之外,MgO NPs对Cd²⁺还具有一定的吸附作用。Cd²⁺+MgO NPs培养大蒜48h后,Mg²⁺浓度均低于MgO NPs未培养大蒜时自然释放出的Mg²⁺浓度的饱和值,表明大蒜对Mg²⁺有一定的吸收。Cd²⁺+Mg²⁺处理组相较Cd²⁺处理组中Cd²⁺浓度下降更加缓慢,但46 h时各组的Cd²⁺浓度也几乎下降了90%,Mg²⁺对大蒜消耗Cd²⁺的抑制作用有限。有趣的是,不管是加MgO NPs还是Mg²⁺,Mg²⁺浓度的显著下降均出现在20 h后,这可能是由于大蒜自身营养物质较充足,消耗一段时间后才表现对Mg²⁺的吸收。通过对离子浓度变化曲线进行拟合发现,加入MgO NPs后,和Cd²⁺处理组相比,大蒜对Cd²⁺的吸收值C_m变小。培养大蒜组MgO NPs释放出的Mg²⁺浓度饱和值C_p高于未培养组,这说明在大蒜吸收Mg²⁺的同时,MgO NPs在不断释放出Mg²⁺。以上研究结果表明MgO NPs吸附了部分Cd²⁺,此外其释放出的Mg²⁺部分被大蒜所吸收,这都起到了缓解Cd²⁺的生物毒性的作用。本文利用离子选择性微电极技术实现了对Mg²⁺、Cd²⁺浓度的动态测量,弥补了现有纳米生物效应研究中的一个不足。获得了Cd²⁺和Mg²⁺浓度随时间变化的曲线,实现了对Cd²⁺和Mg²⁺浓度变化过程动力学过程的定量分析。从而对MgO NPs对大蒜中重金属Cd²⁺的解毒作用机制有了更深入的认识。本文的结果对深入理解金属氧化物纳米粒子释放的金属离子在纳米粒子生物效应中所起的作用,具有重要的意义。