纳米银对汤氏纺锤水蚤生物学毒性效应及作用机制研究

摘要

20世纪以来纳米工艺不断完善，人工合成的纳米银具备广谱抗菌能力，被广泛应用于医学、材料及环境保护等领域，纳米银颗粒随相关产品生产、废弃排入湖泊、海洋等天然环境。纳米颗粒进入自然海域后易发生团聚、沉降现象，可随水体食物链向高营养级生物富集，威胁生态安全及人体健康，成为亟待解决的海洋环境污染问题之一。早期纳米银在生态学对经济生物鱼、虾、贝类等进行了大量相关毒性研究，对于浮游生物缺乏相关毒性研究，这对我们系统地解释纳米颗粒胁迫对海洋生物毒性相应机制造成一定障碍，也无法给自然环境中纳米污染监管提供足够的技术支撑。　　汤氏纺锤水蚤(Acartiatonsa)是近海最具优势的桡足类之一，个体尺寸较小，对环境条件改变敏感，易在实验室中传代培养。本文以典型海洋毒理学模式生物汤氏纺锤水蚤为实验对象，通过急性及半慢性毒理实验，获得其急性、半慢性LCs0，以此为基础综合研究纳米银环境胁迫下汤氏纺锤水蚤种群、个体、分子层面变化规律，通过系统毒理学分析纳米银对汤氏纺锤水蚤的毒性作用机制，为今后海洋纳米污染监管及治理提供科学依据。本文主要研究结果如下:　　1)根据纳米银相关文献预设定急性毒性实验纳米银浓度为:0，0.10，0.50，1.00，2.50及5.00mg/L，通过纳米银的急性毒性实验获得纳米银对水蚤急性LC50=0.67mgm。根据急性LC50设置半慢性毒性实验中纳米银浓度为0，O.01，0.05，0.10，O.50，1.00mg/L，进而获得纳米银胁迫对汤氏纺锤水蚤半慢性LC50=0.20mg/L。　　2)实验以半慢性毒理LC50为基础，通过纳米银对汤氏纺锤水蚤的毒理应激，我们发现O.20mg/L纳米银颗粒暴露导致水蚤产卵量相较于对照组平均减少8.63枚，0.40mg/L组产卵量平均减少9.81枚;0.20mg/L组水蚤卵孵化率平均下降35.44％，O.40mg/L组孵化率较对照组平均下降64.62％;0.20mg/L纳米银胁迫下水蚤排便量较对照组平均减少51.25个，0.40mg/L组时平均减少80.95个。结果说明小尺寸的纳米银颗粒可能在水蚤体内富集，从消化器官转移至生殖器官，对水蚤产生摄食毒性及生殖毒性。　　3)纳米银毒性暴露下研究汤氏纺锤水蚤超氧化物歧化酶(SOD)活性变化趋势，结果发现在纳米银暴露初期会刺激水蚤体内SOD大量合成从而对抗纳米银氧化刺激，1/8LC50组在24h时最高SOD酶活(67.6±8.5)U/mgprot，1/4LC50组酶活48h有峰值(92.2±3.9)U/mgprot，同样1/2LC50组48h峰值为(70.3±3.1)U/mgprot(P＜0.05)。但随着纳米银刺激时间及浓度增加，自由基不断累积，可能对水蚤抗氧化系统会造成不可逆的损伤，导致SOD酶合成水平逐渐下降。　　4)基于生理学及酶活测定试验，进一步研究纳米银胁迫下汤氏纺锤水蚤分子层面变化。结果发现在纳米银胁迫下两种该基因表达皆受到一定程度的抑制，且不同浓度纳米银对汤氏纺锤水蚤的Hsp70及Ferritin基因表达量存在着低浓度刺激及高浓度抑制的表达模式。其中Hsp70基因1/8LC50组有最高表达量达到对照组的2.96倍，Ferritin基因同样在1/8LC50组有最高表达量达到对照组的1.53倍，Ferririn基因比Hsp70基因更加敏感，但Hsp70基因在机体应对氧化应激中强于Ferritin基因，可能是因为Hsp70能够消除更多机体内产生的氧化自由基。　　综上，纳米银污染对汤氏纺锤水蚤生物学毒性效应及其相关作用机制的研究，发现纳米颗粒胁迫对水蚤的生态学活性、抗氧化酶酶活力以及应激基因表达水平都有较大程度的抑制，这为进一步研究海洋新型污染物对生物的毒性作用机制提供数据支撑，为海洋污染物监管及治理提供技术手段。

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