近年來大量納米材料廣泛運用于各領(lǐng)域,因處理不當(dāng)流入水體,對水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定的影響,納米材料對水生生物的生態(tài)毒理效應(yīng)已引起科學(xué)家的廣泛關(guān)注。原生動物是一類最原始、最低等、最簡單的單細胞真核動物,其細胞膜直接與外界接觸,細胞的反應(yīng)能夠及時反映環(huán)境變化,常被用作環(huán)境指示生物。本研究選擇環(huán)境中常見的納米銅和納米氧化銅(均為30 nm)為實驗材料,以淡水小腔游仆蟲(Euplotes aediculatus)和海水扇形游仆蟲(E.vannus)為受試生物,開展毒理試驗,通過光學(xué)顯微鏡和透射電鏡技術(shù),應(yīng)用線粒體、溶酶體熒光染色法和傅里葉紅外光譜法,同時測定抗氧化酶活力,即超氧化物歧化酶(T-SOD)、過氧化物酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPx),以探討兩種納米材料對兩種不同水環(huán)境的游仆蟲的毒性效應(yīng)和機制。1.納米銅、納米氧化銅對兩種游仆蟲的毒理試驗結(jié)果急性毒理結(jié)果顯示:納米銅、納米氧化銅對小腔游仆蟲的24 h-LC_(50)分別為0.46μg/L和1.24×10~3μg/L;對扇形游仆蟲的6 h-LC_(50)分別為345.32μg/L和1.34×10~6μg/L。慢性毒理結(jié)果顯示:納米銅對小腔游仆蟲的24 h-EC_(50)、48 h-EC_(50)和72 h-EC_(50)分別為2.10×10~(-3)μg/L、7.92×10~(-4)μg/L、2.77×10~(-4)μg/L;在相同的處理時間內(nèi),納米氧化銅對小腔游仆蟲的EC_(50)分別為7.20μg/L、0.86μg/L、0.19μg/L。納米銅對扇形游仆蟲的6 h-EC_(50)、12 h-EC_(50)和18 h-EC_(50)分別為43.32μg/L、6.72μg/L、0.30μg/L;在相同的處理時間內(nèi),納米氧化銅對扇形游仆蟲的EC_(50)分別為6.64×10~3μg/L、262.26μg/L、72.13μg/L。與未處理組相比,兩種納米材料不同濃度處理組均可抑制兩種游仆蟲的生長繁殖,呈劑量依賴型,且納米銅的抑制作用更強。由此可知,納米銅毒性強于納米氧化銅。2.納米銅、納米氧化銅對兩種游仆蟲細胞毒性效應(yīng)兩種游仆蟲經(jīng)過兩種納米材料處理后,運動能力下降,纖毛劇烈抖動,胞內(nèi)出現(xiàn)空泡并逐漸融合增大,小腔游仆蟲細胞體腫脹變形呈球狀至破裂;扇形游仆蟲細胞體稍有腫脹,內(nèi)質(zhì)流出較多,導(dǎo)致裂解死亡。細胞核、線粒體受損程度不一。小腔游仆蟲的納米銅處理組細胞核內(nèi)染色質(zhì)凝聚,呈圓形結(jié)構(gòu),線粒體皺縮呈不規(guī)則形狀,部分嵴斷裂瓦解;而納米氧化銅處理組細胞核形變較大,核內(nèi)物質(zhì)變化不明顯,多數(shù)線粒體呈不規(guī)則形態(tài),少部分腫脹,嵴斷裂。扇形游仆蟲的納米銅處理組中細胞核內(nèi)核仁瓦解消失,染色質(zhì)凝集,納米氧化銅處理組細胞核形變,核內(nèi)可見圓形核仁,染色質(zhì)凝集成體積不一的不規(guī)則團塊狀結(jié)構(gòu),前者線粒體腫脹呈圓形或橢圓形,嵴斷裂,后者線粒體呈不規(guī)則形狀,但嵴形態(tài)正常。熒光染色結(jié)果顯示,兩種納米材料對游仆蟲的線粒體功能有破壞作用。納米銅造成的損傷更強,同時產(chǎn)生更多的酸性物質(zhì)如溶酶體。細胞表膜較完整,但傅里葉紅外光譜法測得納米銅可使兩種細胞膜成分的部分官能團(PO_2~-、C-O-C、多糖的δ(COH)等)氧化,而納米氧化銅對其無明顯影響。與對照組相比,兩種納米材料不同濃度處理組均可誘導(dǎo)兩種游仆蟲體內(nèi)T-SOD、CAT、GPx酶活力升高,呈劑量依賴型。3.納米銅、納米氧化銅對兩種游仆蟲致毒機理的初步探究兩種納米材料主要通過引起細胞氧化應(yīng)激反應(yīng),損壞抗氧化系統(tǒng),破壞細胞結(jié)構(gòu)如線粒體、細胞核等多方面使細胞死亡。氧化應(yīng)激反應(yīng)及活性氧的產(chǎn)生可能是最主要的致毒機制。細胞內(nèi)溶酶體及細胞膜成分中被氧化的官能團均預(yù)示著細胞對于外界脅迫的抗氧化及防御行為。對于同一種游仆蟲,納米銅的毒性大于納米氧化銅,且對細胞結(jié)構(gòu)的破壞更嚴重。這可能因為納米銅活潑的化學(xué)性質(zhì)、其表面氧化物使細胞產(chǎn)生更多自由基,引起細胞的抗氧化作用,進一步導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)損傷。本研究結(jié)果為納米材料的細胞毒理學(xué)研究補充了新的理論依據(jù)。
【學(xué)位單位】：華東師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：X171.5
【部分圖文】：

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文16的納米材料懸浮液。每6h觀察并記錄蟲體數(shù)目，同時添加20μL大腸桿菌菌液，連續(xù)觀察7d。將所得的數(shù)據(jù)以實驗天數(shù)為橫坐標，細胞的個數(shù)為縱坐標繪制生長曲線圖。2.2結(jié)果2.2.1納米材料的表征圖1納米銅（A）和納米氧化銅（B）在淡水中的表征利用透射電鏡表征納米銅和納米氧化銅，均呈圓形，平均粒徑在30nm左右。兩者具有負的zeta電位（-28.18mV，-30.10mV），在溶液中較穩(wěn)定。表征結(jié)果表明，本實驗使用的納米材料適合進行毒性實驗。A，C：標尺=50μm。

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文17圖2納米銅（A）和納米氧化銅（B）在海水中的表征透射電鏡顯示納米銅和納米氧化銅在海水中有所聚集，平均粒徑變大。兩者具有負的zeta電位（-30.37mV，-27.68mV），在溶液中較穩(wěn)定。A，C：標尺=100μm。2.2.2LC50值的測定本研究利用納米銅和納米氧化銅分別對兩種游仆蟲開展急性毒理實驗，結(jié)果如下：（1）納米銅對小腔游仆蟲的急性毒理實驗回歸方程為Y=0.205*X+0.57，R2=0.9856，LC0=1.70×10-3μg/L，LC50=0.46μg/L。（2）納米氧化銅對小腔游仆蟲的急性毒理實驗回歸方程為Y=0.4184*X-0.794，R2=0.9855，LC0=79.01μg/L，LC50=1.24×103μg/L。（3）納米銅對扇形游仆蟲的急性毒理實驗回歸方程為Y=0.6867*X-1.243，R2=0.9997，LC0=64.58μg/L，LC50=345.32μg/L。（4）納米氧化銅對扇形游仆蟲的急性毒理實驗回歸方程為Y=0.887*X-4.936，R2=0.9734，LC0=3.67×105μg/L，LC50=1.34×106μg/L。對于同一種游仆蟲（小腔游仆蟲或扇

華東師范大學(xué)碩士學(xué)位論文18形游仆蟲），納米銅處理后，其LC0或者LC50值比納米氧化銅處理組低，由此可知納米銅具有更強的致死性（圖7，圖8）。圖3納米銅對小腔游仆蟲24h急性毒理反應(yīng)濃度對數(shù)-死亡率曲線圖圖4納米氧化銅對小腔游仆蟲24h急性毒理反應(yīng)濃度對數(shù)-死亡率曲線圖
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本文編號：2872620