【摘要】：隨著納米材料的廣泛應(yīng)用,越來越多的納米顆粒在生產(chǎn)、使用和處理過程中進(jìn)入水體環(huán)境,給水生生物帶來潛在危害,威脅水生生態(tài)平衡。納米顆粒的環(huán)境行為與生物效應(yīng)成為國內(nèi)外研究者的關(guān)注熱點(diǎn)。胞外聚合物(簡稱EPS)是在特定環(huán)境下,藻類等生物體分泌的一種高分子聚合物,在細(xì)胞外形成保護(hù)層,具有抵御納米顆粒等外源物質(zhì)對(duì)細(xì)胞毒害的作用,但目前關(guān)于EPS對(duì)納米顆粒的環(huán)境行為及其生物效應(yīng)的影響和機(jī)制尚不明晰。本論文以納米ZnO為納米顆粒代表,以水環(huán)境中廣泛分布的單細(xì)胞綠藻小球藻(Chlorella vulgaris)為受試生物,在探明EPS對(duì)納米ZnO小球藻毒性效應(yīng)緩解的基礎(chǔ)上,考察了EPS對(duì)納米ZnO溶出Zn~(2+)與沉降行為的影響,并對(duì)EPS緩解納米ZnO小球藻毒性效應(yīng)的潛在機(jī)制進(jìn)行了分析。論文主要有以下結(jié)論:(1)納米ZnO明顯抑制了小球藻的生長和葉綠素合成,而EPS能緩解納米ZnO對(duì)小球藻生長的抑制作用。當(dāng)納米ZnO濃度為0.04 mM時(shí),去除EPS(EPS-F)小球藻的24 h生長抑制率相比未去除EPS(EPS-C)小球藻增加了7%;實(shí)驗(yàn)處理96 h后,EPS-F小球藻的葉綠素a、b和總?cè)~綠素的含量與對(duì)照組相比(無納米ZnO),分別降低了80%、76%和78%,與EPS-C小球藻相比,分別降低了17%、12%和14%。EPS能夠富集納米ZnO溶出的Zn~(2+),且納米ZnO促進(jìn)了小球藻EPS的分泌。當(dāng)納米ZnO濃度為0.04 mM,實(shí)驗(yàn)處理96 h時(shí)小球藻的溶解態(tài)EPS和結(jié)合態(tài)EPS中Zn~(2+)的含量相比24 h分別增加了37%和43%。0.01 mM納米ZnO處理24 h后小球藻EPS中多糖和蛋白質(zhì)含量與對(duì)照組相比分別增加了33%和38%;類色氨酸和類酪氨酸的熒光強(qiáng)度相比對(duì)照組分別增加了8%和11%。(2)EPS及其組分色氨酸(蛋白質(zhì))與葡萄糖醛酸(糖類)均能促進(jìn)納米ZnO溶出Zn~(2+)。當(dāng)納米ZnO濃度較低時(shí)(0.01 mM),與超純水相比,色氨酸和葡萄糖醛酸都促進(jìn)了Zn~(2+)溶出且葡萄糖醛酸的促進(jìn)作用更大。當(dāng)納米ZnO濃度升高到0.15 mM時(shí),葡萄糖醛酸中Zn~(2+)溶出率反而比超純水降低了32%。葡萄糖醛酸中游離態(tài)Zn~(2+)與總?cè)艹鯶n的比值低于色氨酸。EPS能夠增加納米ZnO的沉降性能,葡萄糖醛酸體系中納米ZnO的沉降性能高于色氨酸體系。當(dāng)納米ZnO為0.15 mM時(shí),沉降5 h后EPS、色氨酸和葡萄糖醛酸中納米ZnO的A/A_0比值分別0.38、0.63和0.25,分別比超純水體系降低了7%、增加了54%和降低了39%。(3)EPS存在使納米ZnO的Zeta電位升高,隨納米ZnO濃度增加其Zeta電位逐漸接近于EPS的Zeta電位。當(dāng)納米ZnO濃度為0.15 mM時(shí),EPS、色氨酸和葡萄糖醛酸體系中Zeta電位分別為-3.77、-4.48和-1.80 mV,與超純水體系相比,分別增加了34%、21%和68%。隨著色氨酸和糖醛酸濃度增加,納米ZnO(0.01 mM)的Zeta電位也隨之增加。通過紅外光譜分析,EPS中的-OH或-NH、蛋白質(zhì)酰胺I中C=O和多糖中的C-O-C、C-O和C-C可以與Zn~(2+)結(jié)合,酰胺Ⅱ中的N-H/C-N和羧酸中的C-O是主要的結(jié)合位點(diǎn)。因此,EPS對(duì)納米ZnO小球藻毒性效應(yīng)的緩解機(jī)制可推斷為:納米ZnO促進(jìn)了小球藻EPS的分泌,EPS及其主要組分蛋白質(zhì)與多糖與納米ZnO溶出的Zn~(2+)結(jié)合。
【圖文】：

可以穿過勢(shì)壘。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，諸如磁化強(qiáng)度、磁通量和電荷的宏有隧道效應(yīng)。米顆粒因其納米尺度和納米結(jié)構(gòu)而具有優(yōu)越的磁性、導(dǎo)電性、反應(yīng)質(zhì)等諸多優(yōu)越的性質(zhì)，在食品加工、服裝制作、醫(yī)藥生產(chǎn)和污染治都廣泛使用[9-12]，如在污水治理中，由于納米顆粒具有較高催化性氧化低價(jià)態(tài)、還原高價(jià)態(tài)污染物以及裂解有機(jī)污染物，甚至能完全隨著納米科技的快速發(fā)展，納米產(chǎn)品的生產(chǎn)量也不斷增加。在 20含有納米顆粒的產(chǎn)品已高達(dá) 1317 種，相比 2006 年將近增長 52%[2因具備良好的催化性、光電轉(zhuǎn)化性、熱穩(wěn)定性等性質(zhì)在紡織、防造紙及航天工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，全球每年 TiO2的生產(chǎn)量約生產(chǎn)水平呈指數(shù)增長，到 2025 年，，預(yù)計(jì)年產(chǎn)量將超過 250 萬噸[14 因抗菌性、催化性能優(yōu)越長期在餐具、生物醫(yī)藥、家具、服裝中生納米 ZnO 是一種常見的人造納米顆粒，因具有高效的光電轉(zhuǎn)化性菌性長期應(yīng)用于軍事、冶金、服裝、陶瓷、航天環(huán)保等領(lǐng)域[17]，全年產(chǎn)量約為 3.15-3.4 萬噸，預(yù)計(jì)其中 8%-20%被排入水體環(huán)境[18]。

圖 1.2 胞外聚合物的結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 1.2 Structure diagram of extracellular polymeric substances2 EPS 的組成EPS 主要由蛋白質(zhì)和糖類組成，兩者的總有機(jī)碳含量（TOC）約占 -80%[42, 43]。多糖主要是呈直鏈或支鏈長鏈分子，大部分多糖由中性或基組成。蛋白質(zhì)中含有較多帶負(fù)電荷的氨基酸，與多糖相比，更容易作用下與多價(jià)陽離子連接，從而促進(jìn)微生物團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定[44]。EP少量碳水化合物、核酸和腐殖酸等物質(zhì)。此外，EPS 中還有無機(jī)金屬合物。D'Abzac 等[45]研究發(fā)現(xiàn) EPS 中含有 K、Ca、Na、Mg、Al、Fe、Cu 等多種金屬元素，以及含有 CaCO(3)、Ca(5)OH(PO(4))(3)等金屬顆粒。3 EPS 的生理功能
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：X171.5

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3 張U

本文編號(hào)：2661448