三种氧化纳米材料对嗜热四膜虫的毒理效应

发布时间：2020-08-12 17:58

【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
【图文】：

粒径分布,粒径分布,形态,四膜虫

11图 2.1 NPs SEM 扫描形态及粒径分布表示 n-TiO2；B 表示 n-SiO2；C 表示 n-ZnO4.2 纳米材料对嗜热四膜虫形态的影响嗜热四膜虫显微镜下虫体成倒卵形或梨型（图 2.2A），培养基液体透明，游动，仅少数老化细胞静止不动。n-TiO2处理组中，由于白色纳米颗粒存在，培养体浑浊，除了颗粒状虫体外，还有纳米材料聚集形成的白色颗粒，部分颗粒会成块，沉降于三角瓶底部，随着时间的增加而越来越严重。显微镜下，纳米颗聚集体分散在液体中和四膜虫共存，有部分纳米颗粒可以进入虫体内或附着于表面（图 2.2B）。纳米颗粒随着四膜虫纤毛的抖动，会粘附在纤毛上，影响四膜毛摆动，干扰四膜虫行动轨迹，降低其行动力；n-SiO2处理组中，纳米材料在基中分布均匀，纳米材料自身聚集产生的颗粒较小。显微镜下，纳米颗粒会粘细胞表面，部分进入到细胞内部（图 2.2C）。在观察中，四膜虫纤毛可以扫开四

生长曲线,细胞形态,嗜热四膜虫,纳米材料

12图 2.2 NPs 对细胞形态的影响示对照组细胞；B 表示暴露在 n-TiO2中的细胞；C 表示暴露在 n-SiO2中的细胞；D 表示 n-ZnO 中的细胞；NPs 浓度均为 100 μg/mL。.3 纳米材料对嗜热四膜虫增殖的影响为了分析纳米材料对嗜热四膜虫增殖的影响，测定了三种纳米材料处理下 48热四膜虫生长曲线。n-TiO2在 10 μg/mL 浓度以上时抑制细胞生长，24 h 时 1100 和 200 μg/mL 浓度抑制率分别为 7.37%、15.02%、24.48%和 32.55%。n-Si随着时间与浓度的增加而随之增加，100、200 和 400 μg/mL 浓度时 36 h 时比制率分别增加了 4.59%、11.75%和 14.71%。n-ZnO 在 10 μg/mL 时的低浓度时热四膜虫增殖，浓度大于 50 μg/mL 显著抑制嗜热四膜虫增殖，24 h 时 50、1

嗜热四膜虫,纳米材料,浓度

第二章不同纳米材料对嗜热四膜虫的胁迫影响比较和 150 μg/mL 浓度时抑制率分别为 36.55%、45.31%和 68.43%（图 2.3）。结果说明n-TiO2、n-SiO2和 n-ZnO 三种纳米材料效应浓度分别为 10、100 和 50 μg/mL，在纳米材料暴露浓度大于效应浓度时，对嗜热四膜虫的增殖产生显著抑制，并呈现明显的剂量—效应关系。A B

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