發(fā)布時間：2020-08-12 17:58

【摘要】：納米材料被廣泛應用于工業(yè)與醫(yī)療等各個領域。伴隨著納米材料的大量使用,不可避免地導致納米材料通過直接排放與間接傳遞進入生態(tài)系統(tǒng)。在納米尺寸范圍內,納米材料與傳統(tǒng)材料相比具有較大的比表面積和表面活性,這可能導致納米材料生物利用度和毒性增加。嗜熱四膜蟲是一種水生單細胞真核生物,因其具有超高環(huán)境敏感性被作為水體環(huán)境毒理學中的模式生物。本研究探討了納米二氧化鈦(n-TiO_2)、納米二氧化硅(n-SiO_2)和納米氧化鋅(n-ZnO)三種常見氧化納米材料對嗜熱四膜蟲的毒理作用。獲得的主要結果如下:1.n-TiO_2、n-SiO_2和n-ZnO三種納米材料對嗜熱四膜蟲的效應濃度濃度分別為10μg/mL、100μg/mL和50μg/mL,在劑量超過效應濃度后會對細胞活力、增殖、超氧化物歧化酶活力和過氧化氫酶活力產生生物脅迫作用,呈劑量—效應關系。嗜熱四膜蟲在24 h對n-SiO_2的半抑制濃度是n-TiO_2的1.74倍,是n-ZnO的5.83倍。在24 h濃度相同的情況下,納米材料毒性大小為n-ZnOn-TiO_2n-SiO_2。其中n-ZnO在水體環(huán)境中呈現(xiàn)溶解產生Zn~(2+)的離子毒性與n-ZnO顆粒本體毒性的雙重毒性。2.n-TiO_2、n-SiO_2和n-ZnO三種納米材料的聯(lián)合效應都會抑制嗜熱四膜蟲增殖。n-TiO_2和n-SiO_2、n-TiO_2和n-SiO_2聯(lián)合作用具有劑量和時間依賴關系,嗜熱四膜蟲抑制率與納米材料總劑量、暴露時間呈正相關。n-TiO_2和n-ZnO在24 h聯(lián)合作用,10μg/mL的n-TiO_2會降低2.04%~10.81%的嗜熱四膜蟲抑制率,對n-ZnO產生的毒性具有拮抗作用。隨著n-TiO_2濃度的增加,在50和100μg/mL濃度下與n-ZnO毒性疊加,具有劑量依賴關系。n-TiO_2和n-ZnO在36 h時表現(xiàn)為拮抗作用,n-TiO_2會減少n-ZnO毒性。n-TiO_2可以通過吸附n-ZnO溶解產生的Zn~(2+),在100μg/mL濃度下降低了水體中Zn~(2+)濃度14.3%~19.4%,從而減少了對嗜熱四膜蟲產生的毒性。納米材料的聯(lián)合作用也會增強細胞的氧化脅迫,導致超氧化物歧化酶、過氧化氫酶活力增加。3.在n-TiO_2、n-SiO_2和n-ZnO三種納米材料100μg/mL濃度暴露下,嗜熱四膜蟲中維持細胞活力的ATP2表達水平下調。24 h與野生型對照組相比ATP2表達量分別為0.39倍、0.8倍和0.26倍,36 h與野生型對照組相比ATP2表達量分別為0.55倍、0.57倍和0.16倍。應激反應相關基因HSP70、SOD2和CAT表達水平上調。其中具有離子毒性的n-ZnO對細胞影響最大,36 h三種基因表達量分別是n-TiO_2的1.31倍、1.88倍和2.67倍,是n-SiO_2的1.41倍、1.88和2.67倍。納米材料的生物脅迫作用會導致四膜蟲細胞活力下降,細胞應激反應激活。不同的納米材料具有不同的生物學效應。本研究為分析納米材料的使用風險,對水生態(tài)環(huán)境的安全評估提供了新的數(shù)據(jù),也為將嗜熱四膜蟲開發(fā)為納米材料水體毒性生物傳感器奠定基礎。
【學位授予單位】：山西大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X171.5
【圖文】：

11圖 2.1 NPs SEM 掃描形態(tài)及粒徑分布 表示 n-TiO2；B 表示 n-SiO2；C 表示 n-ZnO4.2 納米材料對嗜熱四膜蟲形態(tài)的影響嗜熱四膜蟲顯微鏡下蟲體成倒卵形或梨型（圖 2.2A），培養(yǎng)基液體透明，游動，僅少數(shù)老化細胞靜止不動。n-TiO2處理組中，由于白色納米顆粒存在，培養(yǎng)體渾濁，除了顆粒狀蟲體外，還有納米材料聚集形成的白色顆粒，部分顆粒會成塊，沉降于三角瓶底部，隨著時間的增加而越來越嚴重。顯微鏡下，納米顆聚集體分散在液體中和四膜蟲共存，有部分納米顆�？梢赃M入蟲體內或附著于表面（圖 2.2B）。納米顆粒隨著四膜蟲纖毛的抖動，會粘附在纖毛上，影響四膜毛擺動，干擾四膜蟲行動軌跡，降低其行動力；n-SiO2處理組中，納米材料在基中分布均勻，納米材料自身聚集產生的顆粒較小。顯微鏡下，納米顆粒會粘細胞表面，部分進入到細胞內部（圖 2.2C）。在觀察中，四膜蟲纖毛可以掃開四

12圖 2.2 NPs 對細胞形態(tài)的影響示對照組細胞；B 表示暴露在 n-TiO2中的細胞；C 表示暴露在 n-SiO2中的細胞；D 表示 n-ZnO 中的細胞；NPs 濃度均為 100 μg/mL。.3 納米材料對嗜熱四膜蟲增殖的影響為了分析納米材料對嗜熱四膜蟲增殖的影響，測定了三種納米材料處理下 48熱四膜蟲生長曲線。n-TiO2在 10 μg/mL 濃度以上時抑制細胞生長，24 h 時 1100 和 200 μg/mL 濃度抑制率分別為 7.37%、15.02%、24.48%和 32.55%。n-Si隨著時間與濃度的增加而隨之增加，100、200 和 400 μg/mL 濃度時 36 h 時比制率分別增加了 4.59%、11.75%和 14.71%。n-ZnO 在 10 μg/mL 時的低濃度時熱四膜蟲增殖，濃度大于 50 μg/mL 顯著抑制嗜熱四膜蟲增殖，24 h 時 50、1

第二章 不同納米材料對嗜熱四膜蟲的脅迫影響比較和 150 μg/mL 濃度時抑制率分別為 36.55%、45.31%和 68.43%（圖 2.3）。結果說明n-TiO2、n-SiO2和 n-ZnO 三種納米材料效應濃度分別為 10、100 和 50 μg/mL，在納米材料暴露濃度大于效應濃度時，對嗜熱四膜蟲的增殖產生顯著抑制，并呈現(xiàn)明顯的劑量—效應關系。A B

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本文編號：2790848