發(fā)布時(shí)間：2017-09-04 19:24

  本文關(guān)鍵詞：納米銀對水生生物的毒性效應(yīng)及作用機(jī)制

  更多相關(guān)文章： 納米銀 水生生物 斑馬魚 生長發(fā)育 細(xì)胞凋亡 神經(jīng)毒性

【摘要】：隨著納米科技的迅速發(fā)展,納米材料的潛在生態(tài)環(huán)境效應(yīng)引起越來越多的關(guān)注。納米銀由于獨(dú)特的理化特性及優(yōu)越的抗菌性能而成為生物醫(yī)療及消費(fèi)品等領(lǐng)域中使用最多的納米材料之一。這些產(chǎn)品的使用會使納米銀釋放進(jìn)入生活污水或工業(yè)廢水,隨地表徑流最終進(jìn)入河流湖泊或海洋等水體環(huán)境,然而其對水生生物的潛在影響目前還處于探索階段。本文選用斑馬魚為模式生物進(jìn)行實(shí)驗(yàn),從三個部分探究了納米銀對斑馬魚胚胎早期階段的毒性影響及其可能的機(jī)制,為探索納米銀對水生生物的影響提供科學(xué)依據(jù)。本文首先研究了納米銀對斑馬魚胚胎的致畸效應(yīng)和粒徑效應(yīng)。將受精后4小時(shí)(4 hpf)的斑馬魚胚胎分別暴露于不同濃度的4 nm和10 nm納米銀的溶液中至96 hpf,通過暴露試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算得到4 nm和10 nm納米銀對斑馬魚胚胎96h的半數(shù)致死濃度(LC50)分別為6.69 mg/L和11.75 mg/L,半數(shù)有效濃度(EC50)分別為4.12 mg/L和5.91 mg/L。斑馬魚胚胎的畸形率隨納米銀暴露濃度的增加而增高,且暴露的斑馬魚胚胎出現(xiàn)體長變短,卵黃囊吸收不完全,頭部變小,眼睛變小,心臟畸形以及體節(jié)消失等畸形。其中,頭部變小,卵黃囊吸收不完全和體節(jié)消失出現(xiàn)的比例相對較高。此外,納米銀的毒性呈現(xiàn)粒徑效應(yīng),粒徑較小的納米銀(4 nm)毒性高于粒徑較大的納米銀(10 nm)毒性。接著探索了納米銀如何通過誘導(dǎo)凋亡影響斑馬魚胚胎早期生長發(fā)育。根據(jù)體長變短和卵黃囊吸收不完全畸形,本文深入研究了納米銀對斑馬魚胚胎生長發(fā)育的影響,同時(shí)與銀離子的作用機(jī)制進(jìn)行比較。經(jīng)測定發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)所用的納米銀溶液中沒有銀離子釋放,銀離子對斑馬魚胚胎96 h的LC50為0.054 mg/L,表明銀離子毒性遠(yuǎn)大于納米銀。納米銀和銀離子均能延遲斑馬魚胚胎的孵化并且降低孵化率,使孵化出的斑馬魚體長明顯變短,總蛋白含量也相應(yīng)減少,表明二者均能阻礙生長發(fā)育。吖啶橙(AO)染色實(shí)驗(yàn)表明納米銀和銀離子分別使暴露的斑馬魚胚胎軀干和卵黃囊部位出現(xiàn)細(xì)胞凋亡信號,檢測活性氧(ROS)水平發(fā)現(xiàn)暴露的斑馬魚胚胎內(nèi)ROS量顯著高于空白對照組。進(jìn)一步通過RT-PCR分析,結(jié)果表明納米銀主要是可通過caspase的內(nèi)源性通路造成細(xì)胞凋亡,而銀離子不但能影響斑馬魚的氧化系統(tǒng)相關(guān)基因,而且能激活p53基因進(jìn)而造成細(xì)胞凋亡,從而影響斑馬魚胚胎的生長發(fā)育。在納米銀對斑馬魚胚胎的神經(jīng)毒性部分,著重研究了頭部和眼睛發(fā)育不全這些常見于神經(jīng)毒性的表型�；伪硇陀^察發(fā)現(xiàn)納米銀暴露能使斑馬魚胚胎頭部界限模糊,后腦發(fā)育不全,眼部色素減少。分子水平研究發(fā)現(xiàn),納米銀暴露改變了斑馬魚胚胎內(nèi)gfap, huC和ngnl這些神經(jīng)相關(guān)基因和解毒重金屬的金屬硫蛋白基因MT和ABCC基因的表達(dá),且斑馬魚胚胎頭部ABCC2基因的上調(diào)表達(dá)較軀干內(nèi)的更顯著。這些結(jié)果表明納米銀可能影響了斑馬魚神經(jīng)細(xì)胞的分化進(jìn)而產(chǎn)生了神經(jīng)毒性。暴露的斑馬魚胚胎在72 hpf時(shí)心率明顯減弱,而心臟發(fā)育相關(guān)的基因Nkx2.5和Gata5表達(dá)水平卻沒有明顯變化。此外,納米銀還改變了斑馬魚體內(nèi)AhR2和Cyp1A這類介導(dǎo)多環(huán)芳烴毒性的基因。同時(shí)斑馬魚胚胎內(nèi)納米銀的累積結(jié)果表明4 nm銀的累積高于10 nm銀,這與納米銀毒性的粒徑效應(yīng)相吻合；而且斑馬魚頭部銀的含量接近或略高于軀干,這可以進(jìn)一步解釋ABCC2基因表達(dá)的結(jié)果和納米銀表現(xiàn)出的神經(jīng)毒性。本文研究表明,納米銀能夠?qū)λ锂a(chǎn)生明顯的致畸效應(yīng),甚至較高濃度時(shí)能夠影響其存活,并且粒徑較小的納米銀毒性相對較強(qiáng)。納米銀對水生生物的毒性機(jī)制主要表現(xiàn)為能誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和氧化損傷,進(jìn)而阻礙生物早期的生長發(fā)育。此外,納米銀表現(xiàn)出較強(qiáng)的神經(jīng)毒性,能影響神經(jīng)細(xì)胞的分化。然而,本研究中納米銀溶液中沒有銀離子的釋放,表明納米銀的毒性不能僅僅歸因于銀離子,且銀離子的毒性遠(yuǎn)高于納米銀。本研究通過急性暴露實(shí)驗(yàn)初步表明納米銀能夠影響水生生物的孵化和繁殖,孵化出的生物也有體長變短等生長發(fā)育明顯受抑制的現(xiàn)象,甚至?xí)霈F(xiàn)頭部和眼睛發(fā)育不全等神經(jīng)缺陷。據(jù)此不排除環(huán)境中的納米銀可能在低濃度長期暴露下對水生生物產(chǎn)生類似的慢性危害。
【關(guān)鍵詞】：納米銀 水生生物 斑馬魚 生長發(fā)育 細(xì)胞凋亡 神經(jīng)毒性
【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：X171.5
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 縮略詞14-17
• 第1章 緒論17-34
• 1.1 納米銀簡介17-23
• 1.1.1 納米技術(shù)17
• 1.1.2 納米銀的制備17-19
• 1.1.3 納米銀的特性及應(yīng)用19-20
• 1.1.4 納米銀在環(huán)境中的遷移及歸趨20-23
• 1.2 斑馬魚的生態(tài)毒理學(xué)應(yīng)用23-24
• 1.3 納米銀對水生生物的毒性效應(yīng)的國內(nèi)外研究進(jìn)展24-32
• 1.3.1 納米銀粒徑與毒性的關(guān)系24-25
• 1.3.2 納米銀包裹物與毒性的關(guān)系25
• 1.3.3 納米銀的致毒機(jī)制25-32
• 1.4 本文的研究目的和研究意義32-34
• 第2章 納米銀對斑馬魚胚胎的致畸效應(yīng)及粒徑效應(yīng)34-46
• 2.1 前言34
• 2.2 材料與方法34-36
• 2.2.1 儀器與試劑34
• 2.2.2 斑馬魚的飼養(yǎng)及胚胎的獲取34-35
• 2.2.3 納米銀的透射電鏡及掃描電鏡表征35
• 2.2.4 胚胎的急性暴露實(shí)驗(yàn)35-36
• 2.2.5 數(shù)據(jù)的處理36
• 2.3 結(jié)果36-44
• 2.3.1 納米銀的透射電鏡及掃描電鏡表征36-38
• 2.3.2 納米銀對斑馬魚胚胎存活的影響38-39
• 2.3.3 納米銀對斑馬魚胚胎的致畸效應(yīng)39-44
• 2.4 討論44-46
• 第3章 納米銀通過誘導(dǎo)凋亡影響斑馬魚胚胎早期生長發(fā)育46-64
• 3.1 前言46
• 3.2 材料與方法46-49
• 3.2.1 儀器與試劑46-47
• 3.2.2 納米銀溶液中釋放的銀離子的測定47
• 3.2.3 斑馬魚胚胎生長發(fā)育的暴露實(shí)驗(yàn)47
• 3.2.4 總蛋白含量檢測47-48
• 3.2.5 吖啶橙(acridine orange,AO)染色觀察胚胎細(xì)胞凋亡48
• 3.2.6 納米銀對斑馬魚胚胎氧化損傷及細(xì)胞凋亡相關(guān)基因表達(dá)的影響48-49
• 3.2.7 活性氧(ROS)水平的測定49
• 3.2.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析49
• 3.3 結(jié)果49-61
• 3.3.1 納米銀溶液中釋放的銀離子49-50
• 3.3.2 納米銀和銀離子對斑馬魚胚胎的急性毒性50-52
• 3.3.3 納米銀和銀離子對斑馬魚生長發(fā)育的影響52-55
• 3.3.4 納米銀和銀離子的致毒機(jī)制55-61
• 3.4 討論61-64
• 第4章 納米銀對斑馬魚胚胎的神經(jīng)毒性64-80
• 4.1 前言64
• 4.2 材料與方法64-67
• 4.2.1 儀器與試劑64-65
• 4.2.2 納米銀對斑馬魚胚胎神經(jīng)毒性的急性暴露實(shí)驗(yàn)65
• 4.2.3 納米銀對斑馬魚胚胎神經(jīng)、心臟等相關(guān)基因表達(dá)的影響65-66
• 4.2.4 斑馬魚胚胎內(nèi)納米銀的累積66-67
• 4.2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析67
• 4.3 結(jié)果67-76
• 4.3.1 納米銀暴露的斑馬魚胚胎24 hpf頭部畸形67-68
• 4.3.2 納米銀對神經(jīng)發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)的影響68-69
• 4.3.3 納米銀對眼胚形成相關(guān)基因表達(dá)的影響69-70
• 4.3.4 納米銀對斑馬魚心率以及心臟發(fā)育相關(guān)基因表達(dá)的影響70-72
• 4.3.5 納米銀對金屬硫蛋白相關(guān)基因(MTs)和ABCC基因表達(dá)的影響72-74
• 4.3.6 納米銀對Cyp1A和AhR2基因表達(dá)的影響74-75
• 4.3.7 納米銀在斑馬魚胚胎內(nèi)的累積情況75-76
• 4.4 討論76-80
• 第5章 結(jié)論與展望80-84
• 5.1 納米銀的致死效應(yīng)及粒徑效應(yīng)80
• 5.2 納米銀的致畸效應(yīng)80
• 5.3 納米銀的毒性作用機(jī)制80-81
• 5.3.1 納米銀誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡80-81
• 5.3.2 納米銀的神經(jīng)毒性分子機(jī)制81
• 5.3.3 納米銀的生物累積及轉(zhuǎn)運(yùn)金屬的相關(guān)基因的響應(yīng)81
• 5.3.4 納米銀暴露對斑馬魚胚胎內(nèi)Cyp1A和AhR2基因的影響81
• 5.4 納米銀對水生生物的潛在危害81-82
• 5.5 展望82-84
• 參考文獻(xiàn)84-95
• 碩士在讀期間發(fā)表的論文95-96
• 碩士在讀期間參與的主要科研項(xiàng)目96-97
• 致謝9

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