纳米NiO对小球藻的生物毒性及致毒机制研究

论文摘要

随着纳米科技的高速发展,各种纳米材料的应用范围越来越广。由于纳米物质具有许多与常规物质完全不同的性质,其对人类健康及生存环境所产生的负面影响已经引起了广泛关注,是一个亟待解决的科学问题。为了评价纳米材料泄露到水体后对海洋生态系统的潜在影响,本文以小球藻(Chlorella vulgaris)为受试生物,探讨了NiO纳米颗粒的水生生物学效应及其毒性机理。主要研究结果如下：1)依照OECD 201藻类生长抑制方法考察了两种尺度(纳米级和微米级)NiO颗粒对小球藻生长的影响,得出NiO的毒性大小与颗粒的尺度有关,尺度越小毒性越大,并且其抑制作用呈现出明显的剂量依赖效应。2)根据OECD和欧盟毒性评价标准,可将NiO纳米材料的生态毒性危险类别定义为急性2级,对小球藻有毒；NiO微米颗粒的毒性较低,可定义为慢性3级毒性,对小球藻有害。3)通过光学显微镜和电子显微镜(TEM)观察分析,得出不同分散环境对NiO纳米颗粒的团聚状况有影响,纳米颗粒在海水中的团聚程度要高于超纯水。另外藻类会与纳米颗粒相互作用,形成微界面,并促进其团聚和沉降。4)72h NiO纳米颗粒处理会对小球藻产生氧化损伤,表现为高浓度处理下细胞内脂质过氧化水平显著上调,抗氧化酶CAT、SOD的活性显著增加。5)72hNiO纳米颗粒处理后细胞内叶绿素含量有所下降,PSⅠ反应中心蛋白psaB基因表达水平有下调趋势,而暗反应中rbcL基因表达水平有显著上调。可见NiO纳米颗粒暴露会对藻类光合系统产生影响。由上述结果可知,NiO纳米颗粒进入水环境后,会对海洋微藻产生毒性,影响其生长状况。纳米材料对小球藻的致毒机理可归纳为以下几点：ⅰ、NiO纳米颗粒的尺度效应：ⅱ、通过诱导自由基的产生对细胞造成氧化损伤；ⅲ、通过影响基因表达及叶绿素的合成抑制光合作用；ⅳ、吸附在藻体表面产生遮光效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料简介
• 1.1.1 纳米材料基本特性
• 1.1.2 纳米材料应用现状和发展前景
• 1.2 纳米材料的生物毒性及其研究进展
• 1.2.1 纳米材料的生物安全
• 1.2.2 纳米材料水生毒理学研究进展
• 1.3 纳米颗粒致毒机制
• 1.3.1 纳米材料的尺寸效应
• 1.3.2 毒性效应的氧化应激机制
• 1.3.3 毒性效应的分子机制
• 1.3.4 金属离子释放机制
• 1.4 小球藻概述
• 1.5 选题依据、研究目的及意义
• 1.5.1 选题依据
• 1.5.2 研究目的及意义
• 第2章 不同尺度氧化镍颗粒对小球藻生长的影响
• 2.1 试验材料
• 2.1.1 药品及仪器
• 2.1.2 小球藻的培养
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 氧化镍悬浊液的配制
• 2.2.2 暴露方法
• 2.2.3 测定方法
• 2.2.4 数据分析
• 2.2.5 试验质量控制
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 小球藻细胞个数与吸光度之间关系
• 2.3.2 生长曲线的绘制
• 2.3.3 NiO纳米颗粒对小球藻生长情况的影响
• 2.3.4 大尺度NiO颗粒对照试验
• 2.3.5 氧化镍毒性评价
• 2.4 小结
• 第3章 氧化镍纳米颗粒在介质中的团聚现象研究
• 3.1 试验材料
• 3.1.1 药品及仪器
• 3.1.2 小球藻的培养
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 试验液的配置
• 3.2.2 光学显微镜观察
• 3.2.3 透射电子显微镜（TEM）分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 小球藻对NiO纳米颗粒团聚的影响
• 3.3.2 分散介质对纳米颗粒团聚的影响
• 3.4 小结
• 第4章 氧化镍纳米颗粒对小球藻氧化应激水平的影响
• 4.1 试验材料
• 4.1.1 主要试剂
• 4.1.2 主要仪器设备
• 4.1.3 小球藻的培养
• 4.2 试验方法
• 4.2.1 材料处理方法
• 4.2.2 组织匀浆的制备
• 4.2.3 蛋白质含量测定
• 4.2.4 过氧化氢（H202）含量测定
• 4.2.5 丙二醛（MDA）含量测定
• 4.2.6 过氧化氢酶（CAT）活性测定
• 4.2.7 总超氧化物歧化酶（SOD）活性测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 过氧化氢含量（H202）测定结果
• 4.3.2 丙二醛（MDA）含量测定结果
• 4.3.3 过氧化氢酶（CAT）活性测定结果
• 4.3.4 总超氧化物歧化酶（SOD）活性测定结果
• 4.4 小结
• 第5章 氧化镍纳米颗粒对小球藻光合作用的影响
• 5.1 试验材料
• 5.1.1 主要试剂
• 5.1.2 主要仪器设备
• 5.1.3 小球藻的培养
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 材料处理方法
• 5.2.2 小球藻叶绿素含量的测定
• 5.2.3 小球藻总RNA的提取、测定及保存
• 5.2.4 反转录cDNA的合成
• 5.2.5 聚合酶链式反应PCR
• 5.2.6 琼脂糖电泳检测
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 叶绿素含量测定
• 5.3.2 小球藻RNA提取结果
• 5.3.3 PCR反应条件的确定
• 5.3.4 PCR结果分析
• 5.4 小结
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢