溶解性有機(jī)質(zhì)影響下人工合成氧化銅納米顆粒對蛋白核小球藻的致毒機(jī)制.pdf

1、人工納米顆粒（Engineered nanoparticles, ENPs）具有小粒徑、大比表面積、量子尺寸效應(yīng)以及宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊的性質(zhì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來已成為研究的熱點(diǎn)。納米材料的大量生產(chǎn)和應(yīng)用中產(chǎn)生的人工合成納米顆粒（ENPs）不可避免地進(jìn)入環(huán)境中，并且經(jīng)過排放、徑流以及沉降等方式進(jìn)入水體中。研究表明，水體中的ENPs會對水生生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)。而藻類作為水體中的初級生產(chǎn)者，對調(diào)節(jié)水生生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性具有重要作用。暴露

2、于ENPs中的藻細(xì)胞攝取ENPs之后，在生物放大作用下，ENPs可能對以攝取藻細(xì)胞為食的生物產(chǎn)生危害，而藻細(xì)胞的大量死亡也會給水生生態(tài)系統(tǒng)乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)帶來不可預(yù)計(jì)的后果。自然水體中的ENPs對生物的毒性效應(yīng)與溶解性有機(jī)質(zhì)（DOM）、pH、離子強(qiáng)度密切相關(guān)。本論文中選取納米材料為人工合成氧化銅納米顆粒（CuO ENPs）受試生物為蛋白核小球藻，探究了在富里酸（SRFA）影響下，CuO ENPs進(jìn)入藻細(xì)胞的方式及分布規(guī)律，探討ENPs可

3、能的致毒機(jī)制，為評估ENPs的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供理論依據(jù)。主要研究結(jié)果概括如下：
　　（1）隨著CuO ENPs濃度的增加，蛋白核小球藻生長抑制效應(yīng)越明顯，其72小時(shí)半數(shù)效應(yīng)濃度（EC50）為45.6mgL-1。分析在不同濃度SRFA（0、10、20、30、40mgL-1）影響下40mgL-1 CuO ENPs對藻細(xì)胞的生長抑制情況，當(dāng)外加20mgL-1 SRFA，藻細(xì)胞生長抑制率開始出現(xiàn)顯著性升高，因此我們選擇20mgL-1作為后續(xù)實(shí)

4、驗(yàn)中的SRFA濃度。
　?。?）外加20mgL-1 SRFA明顯增強(qiáng)了CuO ENPs對蛋白核小球藻的毒性，其72h EC50為10.26mgL-1。一方面是因?yàn)镾RFA促進(jìn)了Cu2+的釋放，離子毒性增強(qiáng)；另一方面是SRFA增加了CuO ENPs在水體中的懸浮穩(wěn)定性，水力半徑減小，CuO ENPs與藻細(xì)胞接觸的機(jī)會增大。
　?。?）SRFA促進(jìn)了藻細(xì)胞內(nèi)置化Cu含量，增加的Cu主要是CuO ENPs內(nèi)置化的結(jié)果。
　　

5、（4）首次利用透射電子顯微鏡（TEM）直接觀察未切片藻細(xì)胞，CuO ENPs作用下胞外多聚物層增厚。在距離藻細(xì)胞壁≥100nm的CuO ENPs的結(jié)構(gòu)無改變，而在細(xì)胞壁處的ENPs是以小于3nm的CuO ENPs為主，確定了CuO ENPs結(jié)構(gòu)變化發(fā)生在距離細(xì)胞壁100nm以內(nèi)。
　?。?）通過加入內(nèi)吞抑制劑，藻細(xì)胞內(nèi)置化的Cu含量減少了26％，因此內(nèi)吞作用是ENPs跨膜的方式之一，而在TEM觀察中，我們也發(fā)現(xiàn)了ENPs以內(nèi)吞形式

6、進(jìn)入藻細(xì)胞的現(xiàn)象。
　　（6）CuO ENPs處理下，藻細(xì)胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離現(xiàn)象，葉綠體光合片層出現(xiàn)斷裂，細(xì)胞核核膜破壞。CuO ENPs在蛋白核小球藻中主要是以小于3nm的CuO ENPs形式存在，并且以單個(gè)或者幾個(gè)顆粒聚集的形式分散于藻細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核、葉綠體片層中；ENPs主要以團(tuán)聚體形態(tài)存在于膜結(jié)構(gòu)中。
　?。?）藻細(xì)胞胞內(nèi)額外活性氧自由基ROS的產(chǎn)生積累會導(dǎo)致氧化脅迫，使細(xì)胞膜穩(wěn)定性降低，ROS的過量會誘導(dǎo)線粒體膜電位下