【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(gè)領(lǐng)域。在納米材料廣泛應(yīng)用的同時(shí),其不可避免會(huì)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(duì)持久性有機(jī)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(xiǎn)研究中的重要問(wèn)題。本論文以我國(guó)長(zhǎng)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(duì)象,較為系統(tǒng)的研究了這兩種物質(zhì)同時(shí)存在于水體中產(chǎn)生的相互作用,MWCNT-COOH對(duì)PCP生物富集過(guò)程的影響。并從微生物生態(tài)學(xué)角度運(yùn)用新一代高通量測(cè)序技術(shù)(454測(cè)序技術(shù))研究了PCP和MWCNT-COOH對(duì)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(zhǎng)表型變化之間的關(guān)系。研究?jī)?nèi)容及結(jié)果概括如下：1)運(yùn)用半靜態(tài)染毒方法,研究了MCWNT-COOH對(duì)PCP在錦鯽各器官中富集分布和凈化的影響。實(shí)驗(yàn)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(jìn)行復(fù)合暴露,在暴露50天后,在清水中進(jìn)行14天的凈化實(shí)驗(yàn),采集魚(yú)體肌肉、鰓、肝、腸和腸內(nèi)容物,提取凈化后,利用液相色譜測(cè)定了不同暴露時(shí)間各組織中PCP的濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,PCP在錦鯽體內(nèi)有明顯富集作用,當(dāng)達(dá)到相對(duì)富集穩(wěn)定期時(shí),碳納米管存在下魚(yú)體內(nèi)PCP的濃度低于PCP單獨(dú)暴露魚(yú)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(dú)染毒組。說(shuō)明碳納米管的存在阻礙了魚(yú)體內(nèi)PCP的凈化過(guò)程,推測(cè)其可能是由于進(jìn)入魚(yú)體的碳納米管排出緩慢,其吸附的PCP在凈化過(guò)程中向魚(yú)體中再釋放所致。這一結(jié)果顯示碳納米管吸附的有機(jī)毒物進(jìn)入生物體后可能會(huì)隨著吸附毒物的釋放對(duì)生物造成慢性傷害,碳納米材料的這種潛在危害值得進(jìn)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(shí)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(xì)胞腫脹、空泡等病理癥狀。而在100μg/L濃度暴露下,肝臟會(huì)受到極其嚴(yán)重的損傷,肝細(xì)胞出現(xiàn)灶性壞死。PCP暴露可以引起鰓動(dòng)脈瘤、鰓細(xì)胞水腫、鰓上皮細(xì)胞抬升等病理癥狀。說(shuō)明五氯酚對(duì)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(duì)鰓產(chǎn)生鰓動(dòng)脈瘤、鰓細(xì)胞水腫、畸形生長(zhǎng)等病理癥狀；然而低濃度MWCNT-COOH暴露下,肝臟切片沒(méi)有觀察到損傷,高濃度時(shí)肝臟有輕微損傷,說(shuō)明MWCNT-COOH對(duì)錦鯽是低毒的。在PCP和MWCNT-COOH共同暴露時(shí),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(dá)到100 μg/L時(shí),PCP和MWCNT-COOH聯(lián)合暴露可以對(duì)產(chǎn)生鰓動(dòng)脈瘤、鰓細(xì)胞水腫、鰓畸形生長(zhǎng)等病理癥狀,而低濃度暴露下對(duì)肝臟沒(méi)有產(chǎn)生傷害,說(shuō)明MWCNT-COOH的存在降低了PCP對(duì)錦鯽的毒性。3)運(yùn)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(yú)體生長(zhǎng)表型變化及氧化損傷的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)使用10μg/L、50μg/L和100 μg/L三種PCP濃度進(jìn)行暴露。實(shí)驗(yàn)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(cè)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(mén)豐度隨著PCP在魚(yú)體內(nèi)濃度的增大而增大,而厚壁菌門(mén)隨著魚(yú)體內(nèi)PCP的含量的增大而減小。厚壁菌門(mén)與擬桿菌門(mén)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(fù)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(zhǎng)受到抑制.這一結(jié)果顯示PCP暴露不僅對(duì)肝臟造成了損傷同時(shí)也對(duì)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(zhǎng)。4)運(yùn)用半靜態(tài)染毒方法,研究了MWCN T_COOH對(duì)鯽魚(yú)肝臟的氧化損傷和腸道菌群的變化。實(shí)驗(yàn)使用MWCNT-COOH濃度分別為10 μg/L、50 μg/L和100μg/L進(jìn)行暴露。454焦磷酸測(cè)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(mén)隨著MWNT-COOH在魚(yú)體內(nèi)濃度的增大而增大,而厚壁菌門(mén)隨著魚(yú)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(mén)Bacteroidetes (R2=0.511,p=0.001)和擬桿菌屬Bacteroides(R2=0.5271,p=0.0009)豐度呈負(fù)相關(guān)；同時(shí)體重亦與擬桿菌門(mén)Bacteroidetes(R2=0.4485,p=0.003)和擬桿菌屬Bacteroides(R2=0.4422,p=0.003)豐度呈負(fù)相關(guān)。體重和肝重隨時(shí)間的變化與Bacteroidetes門(mén)和Bacteroides屬相對(duì)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(duì)豐度增大(R0.5,P0.05 each),錦鯽的體重和肝重減小,生長(zhǎng)受到抑制。MWCNT-COOH暴露對(duì)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(zhǎng)。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：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(chǔ)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(tuán)聚體狀逡逑態(tài)，而超聲后儲(chǔ)備液中團(tuán)聚體被打散，出現(xiàn)單根碳納米管。表明本實(shí)驗(yàn)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(chǔ)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(qiáng)范德華引力（由于比表面積、長(zhǎng)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(qiáng)團(tuán)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(shí)驗(yàn)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(tuán)（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稚⒑笮緯傻慕禾逡榷ㄐ�。辶x希玻跺義

本文編號(hào)：2745763