【摘要】：氧化石墨烯(Graphene oxide, GO)作為石墨烯的重要衍生物之一,其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,獨特的2D形狀和物理化學(xué)特性更是在生物醫(yī)學(xué)研究中存在巨大潛力。然而,隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展及使用量的不斷增加,GO等納米材料將會給生物體和自然界帶來難以預(yù)測的安全隱患。微藻作為水生生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(chǎn)者,其多樣性和產(chǎn)量的改變能夠直接影響系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。微藻生長抑制、抗氧化防御系統(tǒng)中各類酶活性的改變以及細(xì)胞損傷情況等方面已被廣泛應(yīng)用于多種納米材料如Ag-NP、PbS-NP和碳納米管CNTs等的毒性研究中。目前關(guān)于GO的毒性報道主要集中在細(xì)菌、哺乳動物細(xì)胞等方面,而關(guān)于GO對水生植物的毒性研究數(shù)量還極其有限。本研究選用2種海水微藻--鹽生杜氏藻(Dunaliella salina)、海水微綠球藻(Nannochloropsis oceanic),以及2種淡水微藻--斜生柵藻(Scenedesmus obliquus)、淡水微綠球藻(N. limnetica)作為受試生物,通過配制不同GO濃度的培養(yǎng)液對4種微藻進(jìn)行急性毒性研究,觀察GO脅迫下微藻生長曲線的變化,計算72h ECso值,并對GO進(jìn)行毒性分級,同時測定微藻體內(nèi)生理生化指標(biāo)(谷胱甘肽GSH及其相關(guān)酶,丙二醛MDA,光合色素)和生物活性物質(zhì)(總蛋白質(zhì)、碳水化合物、總脂)含量或活性對GO毒性效應(yīng)的響應(yīng)；探討溫度、鹽度、pH等3種環(huán)境因子對GO毒性的影響；最后,通過多組驗證試驗對GO的致毒機(jī)制進(jìn)行討論。主要得到以下結(jié)論：(1)GO對微藻造成顯著毒性效應(yīng),主要表現(xiàn)為：①GO對4種受試微藻均具有明顯的生長抑制作用,其中,鹽生杜氏藻的72hECso值最低(13.04 mg/L),海水微綠球藻、斜生柵藻和淡水微綠球藻對GO的72h ECso值分別為79.10、25.63、48.44 mg/L;根據(jù)水體中急性毒性分級標(biāo)準(zhǔn),GO對受試微藻的毒性強度屬于輕毒；②暴露于GO后,微藻的谷胱甘肽系統(tǒng)出現(xiàn)明顯變化,表現(xiàn)為：10mg/L100mg/L GO處理組中GPx活力和GSH含量的降低以及100mg/L GO對GR.GST活性的誘導(dǎo)；③GO能夠誘導(dǎo)氧化脅迫造成微藻細(xì)胞的膜脂質(zhì)過氧化,高濃度GO(100mg/L)暴露下的4種微藻的MDA含量均顯著升高,分別高于對照組18.03、10.88、4.48、15.06倍；④低濃度(10mg/L) GO對藻細(xì)胞產(chǎn)生一定刺激作用,促進(jìn)光合色素(Chla, Chlb, Car)合成,光合作用增強;當(dāng)GO濃度達(dá)100mg/L時,超出藻細(xì)胞的自我調(diào)節(jié)能力,光合色素分子受損或合成代謝受阻,導(dǎo)致含量降低；⑤高、低濃度的GO暴露均能顯著增加藻細(xì)胞蛋白質(zhì)和總脂含量；低濃度(10mg/L) GO還能刺激藻細(xì)胞內(nèi)碳水化合物的合成。(2)3種環(huán)境因子(溫度、鹽度、pH)均對GO的毒性效應(yīng)產(chǎn)生顯著影響：①高溫條件通過改變GO穩(wěn)定性,促進(jìn)GO團(tuán)聚,降低GO對微藻的毒性作用,32℃時100mg/L GO中2種微藻細(xì)胞密度分別達(dá)到11℃時的1.59和2.69倍；②高鹽度下GO自身聚合嚴(yán)重,對鹽生杜氏藻的毒性作用降低,藻細(xì)胞密度和生物量最大值出現(xiàn)在鹽度為50時,比鹽度為10時分別增加2.64倍和1.97倍;③低pH條件(接近pHpzc)既能夠促進(jìn)GO團(tuán)聚,又促使生成分形維數(shù)大、易于沉降的聚合物,因此,隨著pH值(6.5-8.5)的降低,GO對斜生柵藻的毒性作用逐漸降低。由于海水中離子成分復(fù)雜,以及pH對鹽生杜氏藻的影響,在pH=7.5時GO毒性作用最低。(3)低濃度(10mg/L)和高濃度(100mg/L) GO對微藻的毒性作用均與其遮蔽效應(yīng)有關(guān),高濃度下這種遮蔽作用對微藻生長的抑制更大,100mg/L GO中鹽生杜氏藻在光照和黑暗下生長抑制率分別為84%和23%；GO浸提液中Mn、Zn等金屬雜質(zhì)并不會對微藻生長產(chǎn)生抑制作用；GO能夠吸附在藻細(xì)胞表面,影響微藻的光吸收過程,并通過與細(xì)胞表面的相互作用破壞細(xì)胞完整性；GO能夠進(jìn)入細(xì)胞壁和質(zhì)膜間隙,并誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷和改變,包括細(xì)胞壁或細(xì)胞膜的破損、葉綠體的損傷、核染色質(zhì)的凝集,并抑制細(xì)胞分裂等現(xiàn)象。綜上,GO對微藻的致毒機(jī)制主要包括氧化脅迫、遮蔽效應(yīng)、團(tuán)聚吸附作用以及進(jìn)入藻細(xì)胞。
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X171.5;O613.71

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 黃英明;王偉良;李元廣;謝靜莉;范建華;陶黎明;;微藻能源技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展思路與策略[J];生物工程學(xué)報;2010年07期

2 朱明珍;微藻產(chǎn)生的抗生素[J];國外藥學(xué)(抗生素分冊);1987年01期

3 韓迎山;;微藻生物技術(shù)及其應(yīng)用前景[J];植物雜志;1990年06期

4 馬志珍;;微藻固定化培養(yǎng)技術(shù)及其應(yīng)用前景[J];國外水產(chǎn);1993年03期

5 林偉,陳

本文編號：2753469