海洋酸化条件下纳米TiO2颗粒对蛋白核小球藻的毒性效应

摘要

随着纳米科技的迅猛发展和纳米产品的广泛应用，大量人工纳米颗粒(Nanoparticles，NPs)不可避免的会进入到海洋环境中。研究表明，NPs会对海洋生物产生毒性效应，进而对整个海洋生态系统造成潜在威胁，所以 NPs的海洋环境效应已经成为国内外研究的热点问题。同时，人类活动释放过量的 CO2导致的海洋酸化问题也备受人们的关注。海洋微藻在生态系统中作为主要的初级生产者，对整个海洋生态系统的平衡和稳定起着至关重要的作用。目前的研究主要集中于在正常pH值海水中NPs对海洋生物的毒性效应，但是在海洋酸化条件下NPs对海洋微藻的毒性作用的研究尚未见报道，其致毒机制尚不清楚。因此本论文以海洋单细胞真核绿藻-蛋白核小球藻(Chlorella Pyrenoidosa)为实验生物，纳米TiO2颗粒(TiO2NPs)为实验材料，设定对照组(pH为8.2，不加NPs)，酸化组(pH为7.77和7.47，不加NPs)，纳米组(pH为8.2，加NPs)和酸化纳米组(pH为7.77和7.47，加NPs)，分析TiO2NPs在正常pH和酸化条件下环境行为的变化；研究海洋酸化条件下 TiO2NPs对小球藻生长的影响；运用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)观察 TiO2NPs与藻细胞的相互作用；运用 ICP-MS测定了藻细胞对 TiO2NPs的富集量，探讨了海洋酸化对 TiO2NPs生物有效性的影响；阐明了海洋酸化条件下TiO2NPs对小球藻的毒性效应，揭示了海洋酸化对TiO2NPs生物毒性效应的影响机制，为科学评估 NPs的海洋环境风险提供了理论依据。主要研究结果概括如下： （1）通过透射电镜观察，发现TiO2NPs在正常pH海水中发生明显团聚，但是在酸化海水中团聚性能减弱，分散性增强。运用纳米激光粒度仪和紫外分光光度计分析，发现在海洋酸化条件下的TiO2NPs的水力半径明显减小，说明海洋酸化会抑制TiO2NPs的团聚，增强其悬浮性能，从而增加了在海水中以纳米形式存在的NPs的量。 （2）研究表明，TiO2NPs对小球藻的生长抑制有明显的剂量-效应关系。在酸化纳米组(pH为7.47)，在TiO2NPs浓度低于5mg/L会对小球藻的生长产生一定的促进作用，而TiO2NPs浓度高于10mg/L时，海洋酸化会增强TiO2NPs对小球藻生长的抑制作用。 （3）通过扫描电镜(SEM)观察，发现在纳米组，藻细胞表面形态改变，细胞壁皱缩，细胞表面吸附着大量颗粒。而在酸化纳米组，藻细胞壁皱缩更严重，藻细胞表面也吸附着大量颗粒，但是这些 TiO2颗粒粒径较小。这表明海洋酸化增强了TiO2NPs对小球藻表面形态的损伤。 （4）通过透射电镜(TEM)观察，发现在酸化纳米组(pH为7.47) TiO2NPs吸附着在藻细胞壁上，并且进入液泡内，藻细胞出现质壁分离现象，叶绿体光合片层结构不清晰。这表明海洋酸化会增强TiO2NPs对小球藻超微结构的影响。 （5）运用 ICP-MS测定分析，两酸化纳米组中藻细胞内 Ti的含量显著高于纳米组(p<0.05)，但两酸化纳米组之间无显著性差异(p>0.05)，这表明海洋酸化促进了藻细胞内置化Ti含量，从而增加了TiO2NPs的生物有效性。 （6）在酸化组，藻细胞ROS含量，抗氧化酶(SOD和CAT)活性和脂质过氧化(MDA含量)与对照组没有明显的显著性差异(p>0.05)，在酸化纳米组(pH为7.47)，藻细胞内的ROS和MDA含量要显著高于纳米组(p<0.05)，抗氧化酶活性显著低于纳米组(p<0.05)，但是在pH为7.77的酸化纳米组，ROS和MDA含量高于纳米组，抗氧化酶活性低于纳米组，但不具有显著差异(p>0.05)。这表明海洋酸化会增强TiO2NPs对海洋微藻的毒性效应，并且酸化程度越大，这种增强效应越显著。

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引言

第一章 文献综述

1.1研究的背景及意义

1.2纳米颗粒的环境行为

1.3纳米颗粒对海洋生物的毒性效应

1.4海洋酸化对海洋生物的影响

1.5海洋酸化条件下纳米颗粒对海洋生物的毒性效应

1.6研究的目的意义和内容

第二章 海洋酸化对TiO2NPs颗粒环境行为的影响

2.1引言

2.2材料与方法

2.3结果与讨论

2.4小结

第三章 TiO2NPs和海洋酸化对小球藻生长的影响

3.1引言

3.2材料与方法

3.3结果与讨论

3.4小结

第四章 小球藻对TiO2NPs的富集作用

4.1引言

4.2材料与方法

4.3 结果与讨论

4.4小结

第五章TiO2NPs和海洋酸化对小球藻的氧化损伤

5.1引言

5.2材料与方法

5.3结果与讨论

5.4小结

结论

参考文献

致谢

附录