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纳米氧化铜对底栖动物铜锈环棱螺的生态毒理学效应

刘佳  
【摘要】:随着纳米材料的大量生产和广泛使用,人工纳米颗粒(Engineerednanoparticles,ENPs)被大量释放到环境中,极大地增加了人类和生态系统受到ENPs暴露的机会。由于ENPs具有巨大的表面积,对与其共存污染物具有很强的吸附能力,不仅会改变污染物的环境行为,也会影响自身的环境行为。ENPs已构成一类新的环境和健康威胁。氧化铜纳米颗粒(CuO-NPs)是一类具有广泛用途的重要纳米材料。目前有关CuO-NPs对淡水底栖动物的生态毒理学效应以及CuO-NPs与其它污染物的联合作用的研究很少报道。 本研究以铜锈环棱螺为受试生物,以CuO-NPs为主要研究对象,通过在自然沉积物中人工添加CuO-NPs和重金属Pb及新型污染物2,2',4,4'-四溴联苯醚BDE-47,研究了CuO-NPs和氧化铜微米颗粒(CuO-MPs)对铜锈环棱螺的比较生态毒性效应、CuO-NPs存在的情况下典型持久性有毒污染物的生态毒理学效应的变化以及沉积物中有机质对CuO-NPs生态毒理学效应的影响,以探讨沉积物中CuO-NPs对铜锈环棱螺的生态毒理学规律、CuO-NPs与持久性有毒污染物的交互作用特征以及沉积物性质对CuO-NPs生态毒理学效应影响的规律。研究结果显示,铜锈环棱螺肝胰脏、性腺和肌肉对沉积物中CuO-NPs的生物积累在短、中期暴露时(14d)高于CuO-MPs,在长期暴露(28d)时低于CuO-MPs,铜锈环棱螺各组织对Cu的生物积累能力大小为肝脏性腺肌肉。沉积物中CuO-NPs胁迫对ATPase和SOD活性的抑制效应在短、中期暴露时(14d)高于CuO-MPs,在长期暴露(28d)后低于CuO-MPs,CuO-NPs胁迫对CAT活性的抑制效应高于CuO-MPs。长期暴露(28d)时,CuO-NPs的存在显著降低较低浓度(125μg·g~(-1))Pb对ATPase、SOD和CAT的活性,增强对肝胰脏细胞的毒性,但显著提高高浓度(500μg·g~(-1))Pb对这三种酶的活性,降低对肝胰脏细胞的毒性。在CuO-NPs存在的情况下,长期暴露(28d)时,BDE-47对ATPase和CAT活性都没有显著变化,而显著提高低浓度(160ng·g~(-1))BDE-47对SOD的活性,降低对肝胰脏细胞的毒性;显著降低较高浓度(640ng·g~(-1))BDE-47对SOD的活性,增强对肝胰脏细胞的毒性。在较高浓度(180μg·g~(-1))CuO-NPs胁迫下,CuO-NPs对肝胰脏细胞的毒性随腐殖酸水平的增加而增强。 研究结果提示,CuO-NPs和CuO-MPs在铜锈环棱螺肝胰脏、性腺和肌肉中的生物积累与暴露时间有关;沉积物中CuO-NPs的存在对Pb和BDE-47的毒性具有一定的拮抗作用;沉积物中较高浓度(0.1g·g~(-1))的腐殖酸可以增强CuO-NPs对铜锈环棱螺的毒性。沉积物中CuO-NPs对底栖动物的生态毒理学效应是复杂的,在评价其生态风险时,不仅要考虑其本身的毒性,而且要考虑暴露时间和环境介质的性质对其毒性的影响,以及其对其它共存污染物毒性的影响。 本研究结果对于揭示CuO-NPs的水生态毒理学机理和合理地评价其对水生态系统的潜在生态风险具有重要的科学价值,同时可以为该类物质的风险管理提供科学依据和决策参考。


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