【摘要】：隨著納米科技的迅速發(fā)展,納米材料被廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、食品、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域。在納米材料廣泛應(yīng)用的同時,其不可避免會釋放到環(huán)境中,與環(huán)境中的污染物發(fā)生相互作用,從而影響污染物的遷移轉(zhuǎn)化及其生物有效性。碳納米材料對持久性有機污染物生物富集和毒性的潛在影響是污染物生態(tài)風(fēng)險研究中的重要問題。本論文以我國長江中下游地區(qū)廣泛使用的殺螺劑五氯酚(PCP)和羧基化多壁碳納米管(MWCNT-COOH)為研究對象,較為系統(tǒng)的研究了這兩種物質(zhì)同時存在于水體中產(chǎn)生的相互作用,MWCNT-COOH對PCP生物富集過程的影響。并從微生物生態(tài)學(xué)角度運用新一代高通量測序技術(shù)(454測序技術(shù))研究了PCP和MWCNT-COOH對錦鯽腸道菌群結(jié)構(gòu)和組成的影響,分析了腸道菌群結(jié)構(gòu)變化與錦鯽生長表型變化之間的關(guān)系。研究內(nèi)容及結(jié)果概括如下：1)運用半靜態(tài)染毒方法,研究了MCWNT-COOH對PCP在錦鯽各器官中富集分布和凈化的影響。實驗使用接近1/10和1/20 LC50的PCP濃度(分別為100 μg/L和50μg/L)和100μg/L濃度的MWCNT-COOH進行復(fù)合暴露,在暴露50天后,在清水中進行14天的凈化實驗,采集魚體肌肉、鰓、肝、腸和腸內(nèi)容物,提取凈化后,利用液相色譜測定了不同暴露時間各組織中PCP的濃度。實驗結(jié)果表明,PCP在錦鯽體內(nèi)有明顯富集作用,當(dāng)達到相對富集穩(wěn)定期時,碳納米管存在下魚體內(nèi)PCP的濃度低于PCP單獨暴露魚體內(nèi)的濃度。腮、腸內(nèi)容物中PCP濃度明顯比肌肉高。加碳納米管的PCP暴露組,凈化期PCP在各器官中的濃度大于PCP單獨染毒組。說明碳納米管的存在阻礙了魚體內(nèi)PCP的凈化過程,推測其可能是由于進入魚體的碳納米管排出緩慢,其吸附的PCP在凈化過程中向魚體中再釋放所致。這一結(jié)果顯示碳納米管吸附的有機毒物進入生物體后可能會隨著吸附毒物的釋放對生物造成慢性傷害,碳納米材料的這種潛在危害值得進一步深入研究。2)錦鯽肝臟中SOD和CAT酶活性明顯受到PCP的影響。在暴露較短時間后,低濃度下,SOD和CAT酶活性先受到誘導(dǎo),活性增加,暴露后期活性下降；而在高濃度PCP暴露下,二種酶活都受到顯著抑制(P0.05 each).肝組織切片顯示,暴露14天,在10 μg/L濃度暴露下,肝臟出現(xiàn)了多病灶炎癥、細胞腫脹、空泡等病理癥狀。而在100μg/L濃度暴露下,肝臟會受到極其嚴重的損傷,肝細胞出現(xiàn)灶性壞死。PCP暴露可以引起鰓動脈瘤、鰓細胞水腫、鰓上皮細胞抬升等病理癥狀。說明五氯酚對錦鯽有顯著毒性。錦鯽經(jīng)28天高濃度MWCNT-COOH(100 μg/L和1000 gg/L)暴露后,SOD和CAT酶活顯著受到抑制(P0.05 each).MWCNT-COOH暴露可以對鰓產(chǎn)生鰓動脈瘤、鰓細胞水腫、畸形生長等病理癥狀；然而低濃度MWCNT-COOH暴露下,肝臟切片沒有觀察到損傷,高濃度時肝臟有輕微損傷,說明MWCNT-COOH對錦鯽是低毒的。在PCP和MWCNT-COOH共同暴露時,低濃度下SOD先誘導(dǎo)后抑制,而CAT受到顯著抑制；當(dāng)濃度達到100 μg/L時,PCP和MWCNT-COOH聯(lián)合暴露可以對產(chǎn)生鰓動脈瘤、鰓細胞水腫、鰓畸形生長等病理癥狀,而低濃度暴露下對肝臟沒有產(chǎn)生傷害,說明MWCNT-COOH的存在降低了PCP對錦鯽的毒性。3)運用半靜態(tài)染毒方法,研究了錦鯽在PCP暴露下腸道菌群變化與魚體生長表型變化及氧化損傷的關(guān)系。實驗使用10μg/L、50μg/L和100 μg/L三種PCP濃度進行暴露。實驗結(jié)果表明,PCP在錦鯽的腸道內(nèi)容物和肝臟中有明顯富集,并影響腸道菌群的結(jié)構(gòu)、組成和腸道微生物的多樣性。454焦磷酸測序顯示,錦鯽腸道微生物群落結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生不同程度的改變,腸道菌群的多樣性下降,擬桿菌門豐度隨著PCP在魚體內(nèi)濃度的增大而增大,而厚壁菌門隨著魚體內(nèi)PCP的含量的增大而減小。厚壁菌門與擬桿菌門豐度的比值(F/B；)與體重、肝重呈正相關(guān)(R0.5,P0.01),SOD和CAT酶與肌肉和腸道內(nèi)容物PCP含量成顯著負相關(guān)(R-0.5,P0.05 each).生物信息學(xué)分析顯示,隨著染毒天數(shù)和濃度的增大,Bacteroides(擬桿菌屬)的豐度增大(R0.5,P0.05 each)、錦鯽的體重和肝重減小,生長受到抑制.這一結(jié)果顯示PCP暴露不僅對肝臟造成了損傷同時也對腸道微生物結(jié)構(gòu)和組成產(chǎn)產(chǎn)生影響,導(dǎo)致錦鯽脂質(zhì)代謝的紊亂,從而影響了錦鯽的生長。4)運用半靜態(tài)染毒方法,研究了MWCN T_COOH對鯽魚肝臟的氧化損傷和腸道菌群的變化。實驗使用MWCNT-COOH濃度分別為10 μg/L、50 μg/L和100μg/L進行暴露。454焦磷酸測序顯示,經(jīng)MWCNT-COOH暴露后錦鯽腸道微生物群落結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生不同程度的改變,擬桿菌門隨著MWNT-COOH在魚體內(nèi)濃度的增大而增大,而厚壁菌門隨著魚體內(nèi)MWNT-COOH的含量的增大而減小。肝重(R2=0.3512,p=0.01)和體重(R2=0.3027,p=0.02)與Firmicutes/Bacteroidetes比例(F/B)成正相關(guān)。肝重與擬桿菌門Bacteroidetes (R2=0.511,p=0.001)和擬桿菌屬Bacteroides(R2=0.5271,p=0.0009)豐度呈負相關(guān)；同時體重亦與擬桿菌門Bacteroidetes(R2=0.4485,p=0.003)和擬桿菌屬Bacteroides(R2=0.4422,p=0.003)豐度呈負相關(guān)。體重和肝重隨時間的變化與Bacteroidetes門和Bacteroides屬相對豐度的變化大體一致。隨著染毒天數(shù)和濃度的增力口,Bacteroides(擬桿菌屬)的相對豐度增大(R0.5,P0.05 each),錦鯽的體重和肝重減小,生長受到抑制。MWCNT-COOH暴露對腸道微生物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,導(dǎo)致錦鯽脂質(zhì)代謝的紊亂,從而影響了錦鯽的生長。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X503.225
【圖文】：

圖１－２．研究技術(shù)路線圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－２．邋Ｃｏｎｔｅｎｔｓ邋ａｎｄ邋１：ｅｃｈｎｉｃａｌ邋ａｐｐｒｏａｃｈ邋ｏｆ邋化ｅ邋ｐｒｅｓｅｎｔ邋ｓｔｕｄｙ逡逑

ａｆｔｅｒ邋（ｂ）邋ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃａｔｉｏｎ．逡逑取超聲前后的ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ母液與儲備液，用ＴＥＭ儀表征微觀結(jié)構(gòu)。逡逑ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ超聲前后ＴＥＭ圖如圖２－１所示，超聲前的母液呈糾纏團聚體狀逡逑態(tài)，而超聲后儲備液中團聚體被打散，出現(xiàn)單根碳納米管。表明本實驗所用的分逡逑散方法能夠較有效地分散ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ。處理所得膠體儲備液中逡逑ＭＷＣＮＴ－ＣＯＯＨ主要Ｗ單根形態(tài)存在，不易聚集沉淀；為后續(xù)的膠體性質(zhì)和光逡逑化學(xué)性質(zhì)研究奠定基礎(chǔ)。碳納米管之間存在強范德華引力（由于比表面積、長徑逡逑比極大），工廠制備出的碳納米管常出現(xiàn)納米微粒的強團聚效應(yīng)和纖維材料的糾逡逑纏粘結(jié)現(xiàn)象而不易分散。本實驗所用多壁碳納米管表面經(jīng)化學(xué)氧化處理，出現(xiàn)含逡逑氧官能團（主要是}凈�，还抠犥又C�、Ｍ基谍x揮捎趠凈飫肟稍黽擁ジ煎義夏擅墜苤淶吶懦庾饔茫ㄖ饕薔駁繾饔�，抠犥还优dさ母衾胱饔茫�，姐暣官辶x夏芑奶寄擅墜芊稚⒁菀仔�，分散后芯暽的胶体要更稳定些。辶x希玻跺義

本文編號：2745763