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《山西大学》 2019年
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三种氧化纳米材料对嗜热四膜虫的毒理效应

马江波  
【摘要】:纳米材料被广泛应用于工业与医疗等各个领域。伴随着纳米材料的大量使用,不可避免地导致纳米材料通过直接排放与间接传递进入生态系统。在纳米尺寸范围内,纳米材料与传统材料相比具有较大的比表面积和表面活性,这可能导致纳米材料生物利用度和毒性增加。嗜热四膜虫是一种水生单细胞真核生物,因其具有超高环境敏感性被作为水体环境毒理学中的模式生物。本研究探讨了纳米二氧化钛(n-TiO_2)、纳米二氧化硅(n-SiO_2)和纳米氧化锌(n-ZnO)三种常见氧化纳米材料对嗜热四膜虫的毒理作用。获得的主要结果如下:1.n-TiO_2、n-SiO_2和n-ZnO三种纳米材料对嗜热四膜虫的效应浓度浓度分别为10μg/mL、100μg/mL和50μg/mL,在剂量超过效应浓度后会对细胞活力、增殖、超氧化物歧化酶活力和过氧化氢酶活力产生生物胁迫作用,呈剂量—效应关系。嗜热四膜虫在24 h对n-SiO_2的半抑制浓度是n-TiO_2的1.74倍,是n-ZnO的5.83倍。在24 h浓度相同的情况下,纳米材料毒性大小为n-ZnOn-TiO_2n-SiO_2。其中n-ZnO在水体环境中呈现溶解产生Zn~(2+)的离子毒性与n-ZnO颗粒本体毒性的双重毒性。2.n-TiO_2、n-SiO_2和n-ZnO三种纳米材料的联合效应都会抑制嗜热四膜虫增殖。n-TiO_2和n-SiO_2、n-TiO_2和n-SiO_2联合作用具有剂量和时间依赖关系,嗜热四膜虫抑制率与纳米材料总剂量、暴露时间呈正相关。n-TiO_2和n-ZnO在24 h联合作用,10μg/mL的n-TiO_2会降低2.04%~10.81%的嗜热四膜虫抑制率,对n-ZnO产生的毒性具有拮抗作用。随着n-TiO_2浓度的增加,在50和100μg/mL浓度下与n-ZnO毒性叠加,具有剂量依赖关系。n-TiO_2和n-ZnO在36 h时表现为拮抗作用,n-TiO_2会减少n-ZnO毒性。n-TiO_2可以通过吸附n-ZnO溶解产生的Zn~(2+),在100μg/mL浓度下降低了水体中Zn~(2+)浓度14.3%~19.4%,从而减少了对嗜热四膜虫产生的毒性。纳米材料的联合作用也会增强细胞的氧化胁迫,导致超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活力增加。3.在n-TiO_2、n-SiO_2和n-ZnO三种纳米材料100μg/mL浓度暴露下,嗜热四膜虫中维持细胞活力的ATP2表达水平下调。24 h与野生型对照组相比ATP2表达量分别为0.39倍、0.8倍和0.26倍,36 h与野生型对照组相比ATP2表达量分别为0.55倍、0.57倍和0.16倍。应激反应相关基因HSP70、SOD2和CAT表达水平上调。其中具有离子毒性的n-ZnO对细胞影响最大,36 h三种基因表达量分别是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。纳米材料的生物胁迫作用会导致四膜虫细胞活力下降,细胞应激反应激活。不同的纳米材料具有不同的生物学效应。本研究为分析纳米材料的使用风险,对水生态环境的安全评估提供了新的数据,也为将嗜热四膜虫开发为纳米材料水体毒性生物传感器奠定基础。
【学位授予单位】:山西大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2019
【分类号】:X171.5

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