不同粒径纳米TiO2对大型溞的毒性效应及腐殖酸的调控作用

为评估纳米TiO₂在环境水体中的暴露风险,选用大型溞作为模式生物,研究了不同粒径纳米TiO₂（20、40、60和100 nm）对大型溞毒性效应的影响,并探究了腐殖酸对不同粒径纳米TiO₂毒性效应的调控作用.结果表明,粒径是影响纳米TiO₂颗粒毒性效应的重要因素,以大型溞半数致死时间（LT₅₀）为指标,不同粒径纳米TiO₂对大型溞的毒性作用强弱顺序依次为：20 nm颗粒 > 40 nm颗粒 > 60 nm颗粒 > 100 nm颗粒（p<0.05）.腐殖酸的存在可以显著降低纳米TiO₂颗粒对大型溞的毒性作用,腐殖酸对小尺寸纳米TiO₂颗粒的毒性抑制作用更为明显（p<0.05）.大型溞体内ROS水平与抗氧化系统相关酶活分析表明,纳米TiO₂导致大型溞体内活性氧自由基（ROS）浓度升高是其产生毒性作用的重要原因,腐殖酸的存在可以显著降低大型溞体内由于纳米TiO₂暴露而引起的ROS浓度上升（p<0.05）,进而减轻纳米TiO₂对大型溞的毒性作用.此外,腐殖酸可以减小不同粒径纳米TiO₂之间的毒性差异.本研究结果可为纳米TiO₂在环境水体中的暴露风险评估提供参考依据.     

SiO2纳米颗粒对小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长活性的影响

从Si02纳米颗粒对小球藻(Chlorella pyrenoidosa)生长活性的影响来探讨纳米材料的生物安全性问题.结果表明Si02纳米颗粒降低了小球藻的生物量和蛋白含量,并可以附着在细胞表面和进入细胞内部,造成了细胞的形变和结构损伤,从而抑制了小球藻的正常生长活性.Si02纳米颗粒对小球藻具有一定的毒性效应.     

人工纳米颗粒对水生生物的毒性效应及其机制研究进展

随着纳米科技的飞速发展和纳米产品的普及,人工纳米颗粒(NPs)的生物毒性效应研究逐渐成为国内外关注的热点.以水环境和水生生物为对象,综述了近几年来NPs对水生生物的毒性效应、毒性机制等方面的研究进展.文中按NPs的分类总结了NPs对微生物、藻类、原生动物和鱼类等水生生物的毒性效应,着重论述了NPs的可能毒性机制及其与NPs的独特物理化学性质之间的关系,并在细胞和分子水平上探讨了NPs的摄取、跨膜运输等方面的可能机制.在自然水体中,NPs因其化学行为受水化学条件等影响而表现出不同于实验室研究中的生物毒性效应,本文也对这方面的研究进行了讨论和总结.最后分析了目前水生生物纳米毒性研究中的瓶颈和方法、技术方面的问题,并对以后应注重开展的研究进行了展望.     

NiO纳米颗粒对小球藻(Chlorella sp.)细胞胁迫性的研究

从小球藻生长及细胞微观结构方面对比研究了纳米NiO与Ni2+对小球藻(Chlorella sp.)的胁迫性.结果表明概率单位法计算得纳米NiO对小球藻96 h EC50为31.4 mg/L,而Ni2+对小球藻96h EC50为1.73 mg/L,利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜研究了受纳米NiO和Ni2+胁迫前后小球藻细胞微观结构变化,结果表明,受Ni2+胁迫的小球藻多数出现细胞缩小、变形、细胞器损坏、空泡等细胞凋亡现象,而受纳米NiO胁迫的细胞则部分表现细胞凋亡现象,表明Ni2+对小球藻的毒性远大于纳米NiO.     

典型纳米金属氧化物对氨氧化菌Nitrosomonas europaea的生物胁迫影响

对比研究了3种典型纳米金属氧化物颗粒(NPs,包括纳米TiO2(n-TiO2),纳米CeO2(n-CeO2)和纳米ZnO(n-ZnO))在不同作用浓度下(0,0.1,1,10,50mg/L)对污水生物脱氮系统中代表性氨氧化菌─ Nitrosomonas europaea连续作用6h的毒性效应及作用规律.结果表明,3种NPs对N.europaea的生物胁迫效应与其投加浓度均呈正相关.其中,50mg/L的n-CeO2, n-ZnO与对照组相比,可显著降低N.europaea细菌浓度,破坏细胞膜完整性,抑制氨氧化速率.相同浓度条件下, n-ZnO对N.europaea的毒性影响最大, n-TiO2影响最小.虽然n-ZnO释放的Zn2+对N.europaea具有明显的毒性效应,但n-ZnO及其产生的尺寸效应仍是其生物胁迫产生的重要来源.     

纳米氧化铜颗粒和环丙沙星对好氧颗粒污泥的协同胁迫效应

纳米颗粒和抗生素在污水处理厂中的共同存在可产生综合毒性.选择纳米氧化铜颗粒(CuO NPs)和环丙沙星(CIP)作为纳米颗粒和抗生素的代表性物质,探究了CuO NPs和CIP共存胁迫对好氧颗粒污泥(AGS)系统的运行性能、污泥特性和微生物群落的长期影响.结果表明:CuO NPs单独胁迫使脱氮性能轻微提高,对碳和磷的去除性能轻微下降.CIP单独胁迫显著抑制了碳、氮和磷的去除性能.CuO NPs和CIP共存时对碳、氮和磷去除表现出明显的协同抑制效应.CuO NPs和CIP共存胁迫使细胞膜完整性下降,乳酸脱氢酶(LDH)释放量增多,胞外聚合物(EPS)分泌增强,且溶解性EPS(S-EPS)的官能团发生显著变化.CuO NPs和CIP共存胁迫改变了微生物群落结构,对生物多样性具有显著的协同抑制效应,对微生物具有较强的毒性作用.     

植物对纳米颗粒的吸收、转运及毒性效应

随着工程纳米颗粒的广泛使用,这些纳米材料不可避免地进入环境,对环境造成未知影响.植物是高等生物暴露于纳米颗粒的一条主要途径,工程纳米颗粒可能通过食物链使其在高营养水平生物中积累.植物与纳米颗粒间的相互作用应该受到关注和重视.已有的文献表明纳米颗粒能被植物选择性地吸收并引起植物毒性,但纳米颗粒进入植物体内的机制仍不明确.多数关于植物吸收纳米颗粒的研究是在理想条件如水培实验下开展,并且集中在植物的种子发芽或是幼苗生长阶段.描述纳米颗粒在植物体内的生物转化和在植物体内分配的报道较少,而且这方面的机制没有阐述清楚.目前有许多研究者关注纳米颗粒的植物毒性效应,但这方面的研究需要进一步深入.     

纳米硒化银的生物合成及其对染料的吸附去除

利用菌株Pantoea sp.IMH实现了硒化银纳米颗粒的生物合成,同时,结合高分辨透射电镜(HRTEM)、能谱成像(EDX-mapping)、X射线粉末衍射(XRD)等多种表征手段对硒化银纳米颗粒进行了表征分析.结果表明,所合成的硒化银纳米颗粒的粒径为10~20 nm,其纳米颗粒的晶面间距为0.225 nm,对应于Ag2Se的(031)晶面.所合成的纳米颗粒的衍射环对应的标准Ag2Se晶面为(013)、(031)和(113)面.XRD结果表明,纳米颗粒的晶面为(111)、(112)和(004)晶面,说明菌株IMH能够合成纳米硒化银晶体.通过以不同电性的染料分子亚甲基蓝(阳性)、日落黄(阴性)、靛蓝(中性)作为目标分子进行吸附去除应用探索,发现硒化银纳米颗粒对阳性和中性染料分子有良好的吸附去除效果.这是由于硒化银纳米颗粒表面带有负电荷(Zeta电位分别为-11.8 m V(p H=5)、-13.0 m V(p H=7)、-13.0 m V(p H=9)).本研究为硒化银纳米颗粒的生物合成提供了新思路,拓展了硒化银纳米颗粒的合成方法.     

纳米氧化锌、硫酸锌和AM真菌对玉米生长的影响

纳米氧化锌(Zn O)是应用最为广泛但具有一定生物毒性的金属型纳米颗粒(nanoparticles,NPs)之一,而丛枝菌根(arbuscular mycorrhizal,AM)真菌能改善宿主植物矿质营养和增强宿主植物抗逆性,但纳米Zn O和其他锌污染物之间的关系以及AM真菌对其生物效应的影响目前尚不清楚.通过温室盆栽试验,研究了单一或复合施加纳米Zn O、ZnSO_4(500mg·kg~(-1))时接种AM真菌Funneliformis mosseae BEG 167对玉米生长的影响.结果表明,纳米Zn O对AM真菌侵染和玉米植株生长有一定抑制作用,表现出植物毒性,且与同浓度(500 mg·kg~(-1))下的ZnSO_4作用类似.与非菌根对照相比,接种AM真菌降低了玉米植株的Zn含量或Zn吸收量,且在复合处理中对玉米生长表现出较好的促生作用.结果首次表明,纳米ZnO与ZnSO_4在生物毒性上存在复杂的交互作用,而接种AM真菌在二者复合污染时对玉米具有一定的保护作用.     

纳米氧化锌粒径对人工湿地性能及微生物群落的影响

纳米颗粒(nanoparticles,NPs)具有较小的粒径(1～100 nm),其生物毒性与粒径的大小紧密相关.在进水COD约200. 0 mg·L~(-1),NH_4~+-N约12. 5 mg·L~(-1)和溶解性总磷约4. 0 mg·L~(-1)的条件下连续运行28 d,研究了3种不同粒径的纳米氧化锌(ZnO NPs)对水平潜流人工湿地微生物群落结构和多样性的影响,同时结合湿地脱氮性能的变化,探讨了湿地中微生物群落结构和多样性与其处理性能的相互关系.结果表明,3种粒径(15、50和90 nm)的ZnO NPs(10 mg·L~(-1))对COD的去除无明显差异,而对脱氮则表现出明显的粒径效应.高通量测序发现,人工湿地系统中硝化菌属的丰度明显低于反硝化菌属,硝化过程是制约湿地脱氮性能的关键因素.暴露于不同粒径的ZnO NPs后,微生物群落结构发生不同程度的变化,与较大粒径(50 nm和90 nm)的ZnO NPs相比,15 nm的ZnO NPs对硝化菌属的抑制更为显著.     

纳米氧化镍对3种绿藻的毒性效应

通过配制不同浓度(0,60,120,180,240,300mg/L)纳米氧化镍(nNiO)悬浊液,对四尾栅藻(Scenedesmus quadricauda)、普通小球藻(Chlorella vulgaris)和羊角月牙藻(Selenastrum capricornutum)进行连续胁迫10d的毒性试验,测定nNiO对3种绿藻生长状况、叶绿素a、蛋白质、脂质过氧化物丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的影响.结果表明,nNiO胁迫对四尾栅藻、普通小球藻和羊角月牙藻的生长均有一定抑制作用,在同一时间段内,总体呈明显剂量效应;nNiO低浓度(60~120mg/L)胁迫对供试藻的影响表现为“抑制—促进—抑制”,在一定时间内对供试藻有促进生长的作用;nNiO胁迫对四尾栅藻、普通小球藻和羊角月牙藻的毒性效应表现为叶绿素a和蛋白质含量减少,MDA含量升高,抗氧化活性降低;羊角月牙藻对nNiO的耐受性较强,四尾栅藻和普通小球藻较敏感.     

纳米银对小球藻光合作用和呼吸作用的影响

使用硼氢化钠还原硝酸银,聚乙烯醇(PVA)作为分散剂,制备出粒径为(7 ± 3)nm的纳米银,分别使用计数法和溶解氧法,研究了纳米银对小球藻(Chlorella vulgaris)生长、光合作用和呼吸作用的影响,并调查了对叶绿素a的抑制状况.结果显示,黑暗条件下加入3mg/L的纳米银,基本抑制了小球藻的呼吸作用,当暴露于4mg/L的纳米银时,小球藻生长的抑制率为93%;而光照条件下加入10mg/L纳米银时,才能抑制其光合作用,此时对小球藻生长的抑制率达到90%.光照时,叶绿素a在10mg/L纳米银的作用下,抑制率达到77%.研究表明了纳米银对小球藻呼吸作用有很强的抑制作用,对光合作用的影响可能通过抑制叶绿素a的合成或破坏叶绿体的结构来完成;光照能够明显减弱纳米银的毒性.     

有机改性层状双金属氢氧化物与甲基橙联合暴露对小球藻的毒性影响

为探究有机改性层状双金属氢氧化物(O-LDH)与甲基橙(MO)联合暴露对微藻的毒性影响,选取小球藻(Chlorella vulgaris)作为受试藻种,考察O-LDH、MO单一及联合暴露对小球藻的生长抑制率、叶绿素含量、细胞结构等指标的影响,并通过测定溶液剩余MO浓度和藻细胞表面电位,探究O-LDH、MO与小球藻的吸附作用及毒性机制。结果表明：1)O-LDH、MO对小球藻96 h生长抑制率拟合均符合Logistic模型(R²>0.99),EC_50-96h值分别为122.18,26.73 mg/L,MO对小球藻的抑制作用大于O-LDH;2)O-LDH对小球藻的毒性机制包括纳米片层聚集在微藻细胞表面所产生的阴影效应以及纳米片层割裂细胞结构所造成的氧化损伤;3)在低O-LDH浓度范围(0～50 mg/L),溶液中O-LDH被微藻细胞强烈吸附,阻碍微藻光合作用并割伤微藻细胞结构,对微藻产生阴影效应和氧化损伤,导致O-LDH和MO对小球藻的联合毒性增强;在高O-LDH浓度范围(50～500 mg/L),溶液中O-LDH、O-LDH吸附MO后产物共...     

两种粒径纳米银对Nitrosomonas europaea的毒性效应

为明晰不同粒径纳米银（AgNPs）对欧洲亚硝化毛杆菌（Nitrosomonas europaea）的毒性效应,采用室内培养方式,探究10nm和50nm的AgNPs对N.europaea生长、氮转化能力、细胞结构、活性氧生成和功能基因表达的影响.结果表明,AgNPs暴露抑制N.europaea生长,随着暴露时间的延长,细菌生长抑制率增加,在4h达到最大值;培养基中NH₄⁺向NO₂^-转化速率减缓,N.europaea的铵态氮转化能力降低;扫描电镜（SEM）图像显示AgNPs造成部分细菌表面塌陷且有孔洞,细胞膜受损严重;透射电镜（TEM）图像显示AgNPs造成细菌内部核物质消融,细胞质膜界限模糊;流式细胞仪（FCM）检测发现AgNPs增加细胞内活性氧的生成;qRT-PCR技术对AgNPs暴露后N.europaea功能基因amoA、hao、merA表达进行测定,发现AgNPs抑制N.europaea功能基因的转录表达.综上所述,AgNPs通过与细胞膜相互作用和产生氧化应激损伤N.europaea,抑制amoA和merA的表达,进而影响铵态氮转化过程,且小粒径AgNPs的毒性强于大粒径.     

川蔓藻对两种常见浮游藻类的化感作用

选取沉水植物川蔓藻与浮游藻类普通小球藻、铜绿微囊藻为研究对象,测定在川蔓藻共培养胁迫下2种藻单独存在和按1：1（V：V）混合情况下的光密度、叶绿素a、最大光化学量子产量、相对电子传递速率、可溶性糖、丙二醛以及超氧化物歧化酶活性的变化.结果表明：在川蔓藻存在的条件下,普通小球藻、铜绿微囊藻和二者混合藻的生长被快速强烈抑制,抑制率在第6d时达到最大值,分别为80.95%、94.18%和94.01%.3个处理组的光密度值、叶绿素a、可溶性糖及最大光化学量子产量等指标均低于对照组,且随时间呈明显的下降趋势,说明其光合能力逐渐减弱.而丙二醛和超氧化物歧化酶指标在0~6d却高于对照组,表明可能发生了浮游藻类膜质过氧化过程.     

硼化合物对普通小球藻的急性毒性效应

以普通小球藻(Chlorella vulgaris)为受试生物,采用批量培养法考察了不同质量浓度的硼酸和四硼酸钠对藻细胞生物量、ρ(Chla)、ρ(蛋白质)以及MDA(丙二醛)含量的96 h急性毒性效应,初步探讨了硼化合物对普通小球藻的毒性作用. 结果表明:在2种硼化合物胁迫下藻细胞的生长受到抑制,尤其是当ρ(硼)≥40 mg/L时抑制作用极其显著(P<0.01);ρ(硼)为0~80 mg/L时,硼酸和四硼酸钠对藻细胞生长的最大抑制率分别为89.42%和86.72%,硼的抑制作用呈明显的剂量-效应关系,并且随暴露时间延长而减弱,96 h时藻细胞恢复生长. 硼酸和四硼酸钠对藻细胞的96 h-EC₅₀(半数有效浓度)分别为82.03和71.19 mg/L(以硼计);与对照组相比,二者对普通小球藻的毒性效应表现为,随着暴露时间的延长,ρ(Chla)降低、ρ(蛋白质)先减后增、MDA含量升高. 研究显示,硼化合物对普通小球藻的毒性作用,可能是由于短期内引发藻细胞产生活性氧自由基并造成膜脂质和其他生物大分子的氧化损伤所致.      

纳米氧化锌颗粒对大鼠气管上皮细胞动态变化的影响及毒性机理

纳米氧化锌(Zn O NPs)对呼吸道的毒性损伤作用备受关注,但有关其对呼吸道上皮细胞动态变化的影响机理还有待深入研究.因此,本研究通过将大鼠气管上皮细胞(RTE)暴露于不同浓度(1和10 mg·L~(-1))和不同粒径(50和200 nm)的Zn O NPs中,利用细胞电阻抗检测技术(ECIS)检测细胞动态变化,采用CCK8法检测细胞生长抑制效应,并通过胞内ROS和MDA含量变化探讨其影响机制.ECIS检测结果显示,Zn O NPs暴露下,RTE细胞生长和增殖受到明显抑制,且具有浓度依赖效应.当暴露浓度为1 mg·L~(-1)时,与对照组相比,50 nm暴露组细胞电阻抗值的下调幅度为18%,为200 nm暴露组的1.2倍.Zn O NPs诱导的RTE细胞增殖抑制率具有浓度依赖效应,当暴露浓度为10 mg·L~(-1)时,50和200 nm暴露组细胞增殖抑制率分别为暴露浓度为1 mg·L~(-1)时的2.9和1.4倍.Zn O NPs诱导的RTE细胞氧化应激结果显示,胞内ROS和MDA含量随着纳米颗粒暴露浓度的增加而增加,随着纳米颗粒粒径的减小而增加,具有显著的浓度-和剂量-依赖效应.当Zn O NPs浓度分别为1和10 mg·L~(-1)时,ROS含量分别是对照组的2.8和3.7倍;当暴露浓度为10 mg·L~(-1)时,50 nm暴露组细胞内ROS含量是200 nm暴露组的1.7倍;暴露浓度为1和10 mg·L~(-1)时,50 nm氧化锌处理组诱导的细胞内MDA含量分别是对照组的5.4和7.9倍.Zn O NPs能够影响呼吸道上皮细胞动态变化,从而破环RTE细胞屏障并进入细胞,诱导胞内ROS和MDA水平升高,进而抑制细胞的生长与增殖.研究表明,影响Zn O NPs诱导的RTE细胞动态变化和氧化应激的关键因素是颗粒粒径与暴露浓度.     

微波诱导NiO催化降解水中邻苯二甲酸二甲酯

采用超声辐射沉淀-氧化法制备了纳米催化剂NiO,用XRD、XPS、BET和SEM等方法对其进行了表征.构建了微波-NiO催化反应体系,考察了该体系对DMP的去除效率及影响因素,并利用GC/MS、LC/MS鉴定降解产物,提出了可能的降解机理.结果表明：微波诱导NiO催化氧化技术是降解DMP的有效方法,在微波（750W）诱导NiO（0.4mg/L）催化降解体系中,15min内10mg/L DMP的去除率达70%以上.降解效率受到反应体系中不同条件的影响：微波功率的增加可以提高降解效率;催化剂NiO浓度越高,降解速率越快;溶液初始pH值对DMP的降解效率影响非常大,随着pH值的增大,降解效率明显提高.通过GC/MS、LC/MS分析,反应过程中DMP的降解产物主要包括双链水解产物邻苯二甲酸以及异构化产物对苯二甲酸、单链水解产物邻甲酯苯甲酸、苯环三取代产物甲酯基-邻苯二甲酸、侧链缩合形成的双环产物和少量小分子有机酸,由此推断DMP在微波诱导NiO催化体系中的降解主要包括6个途径：水解、异构化、甲酯基反应、侧链缩合成环、羟基化和开环等.     

基于季铵盐添加的改性环氧树脂涂层的制备及其抑藻性能研究

针对污水处理厂污水处理构筑物藻类生长与黏附现象严重的问题,采用共混方法制备季铵盐（QAC）/环氧树脂复合涂层,并探究QAC投加量对复合涂层的性质和抑藻性能的影响。结果表明:QAC与环氧树脂涂料成功复合,改性涂层表面的季铵基团（R₄N+）数量随QAC投加量增大而增加;QAC改性对涂层的疏水性、耐水性不产生明显影响。但与环氧树脂涂层相比,随QAC浓度的增加,复合涂层表面的Zeta电位向正电性偏移,粗糙度略微减小;以小球藻（Chlorella vulgaris）作为模型藻类进行的涂层抑藻性能研究表明,QAC/环氧树脂复合涂层表面黏附的小球藻数目明显少于环氧树脂涂层,且QAC投加量越多,涂层抗藻污染性能越好。