多壁碳纳米管对水稻幼苗的植物毒性研究

考察了浓度为10、50和100 mg·L~(-1)的多壁碳纳米管(MWCNTs)的植物毒性,通过测量水稻生长指数、根系氧化应激反应、细胞膜损伤和生理功能的变化,探索了其具体的毒性机制。将水稻幼苗暴露于不同浓度的MWCNTs悬浮液中培养10 d后,高浓度处理组(100 mg·L~(-1))中水稻幼苗地上部分和根系鲜重分别降低至对照组的87.6%±1.1%和69.2%±7.8%。对根系深入研究发现氧化应激反应和细胞膜的损伤主要出现在高浓度处理组,此时过氧化氢酶(CAT)活性由对照组的(8.8±1.6)U·mg-1prot(protein,蛋白质)增加至(16.3±2.8)U·mg-1prot,丙二醛(MDA)含量由对照组的(8.0±0.3)μmol·g-1FW(fresh weight,鲜重)增加至(15.1±1.4)μmol·g-1FW。然而,水稻根系的生化酶活性在低浓度(10 mg·L~(-1))时就开始明显降低。通过透射电镜(TEM)观察发现,MWCNTs颗粒分布在水稻幼苗根系细胞内,从而证实了MWCNTs能被植物细胞吸收。     

1,2,4-三氯苯对3种海洋微藻的毒性效应

1,2,4-三氯苯(1,2种,4-TCB)是环境中普遍存在的持久性有机污染物之一,而1,2,4-TCB对藻类的毒性作用报道很少。以1,2,4-TCB处理后,3种海洋微藻(金藻Isochrysis Zhanjiangensis、角毛藻Platymonas Subcordiformis和扁藻Chaetoceros miielleri)的生长状况、蛋白质质量分数和叶绿素质量分数的改变来检测1,2,4-TCB对海洋微藻的毒性效应。结果表明:1,2,4-TCB对3种海洋微藻的生长均有一定的抑制作用,该效应表现出一定的浓度和时间依赖性;1,2,4-TCB处理4d后,3种海洋微藻细胞蛋白质质量分数和叶绿素质量分数下降,呈现一定的浓度—效应关系,这表明1,2,4-TCB对3种海洋微藻产生毒害效应,其作用机制可能与藻类光合作用功能降低和蛋白质功能受损有关。1,2,4-TCB在一定程度上降低了藻类饵料的利用价值,而且对食物链下游生物具有潜在的危害性。     

1,2,4-三氯苯对铜钱草染毒的毒性响应及其机理

以水培铜钱草为材料,研究1,2,4-三氯苯(1,2,4-TCB)染毒引起植株叶绿素、类胡萝卜素和可溶性蛋白含量等生理指标的毒性响应,并从叶片丙二醛(MDA)含量及各种抗氧化酶(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD))的改变探讨了1,2,4-TCB的毒性作用机理.结果表明,1,2,4-TCB(5、10 mg.L-1)处理后,铜钱草叶片各种生理代谢指标与1,2,4-TCB处理之间呈现一定浓度-效应和时间-效应关系,但与对照组间无显著的统计学差异.叶绿素含量、叶绿素a/b和可溶性蛋白均随着1,2,4-TCB处理时间延长先升高后降低;MDA含量随处理时间延长先升高后降低,随浓度增加而增加;SOD和POD活性随处理时间和浓度增加先升高后降低;CAT活性变化不明显.在10 mg.L-11,2,4-TCB处理4—6 d时,各种抗氧化酶活性均达到最大.高浓度1,2,4-TCB(15、20 mg.L-1)处理铜钱草的抗氧化酶活性与对照组相比,均显著降低,且各处理组间也呈现统计学差异.     

菲、芘、1,2,4-三氯苯对蚯蚓的急性毒性效应

测定了草甸棕壤条件下 ,菲、芘和 1,2 ,4-三氯苯单一与复合污染对蚯蚓的急性致死及亚致死效应。结果表明 ,3种化学品的浓度与蚯蚓死亡率显著相关 (α =0 .0 5 ,r菲 =0 .87,r芘 =0 .85 ,r三氯苯 =0 .95 ) ,与蚯蚓亚致死效应的相关性稍低 (α =0 .0 5 ,r菲 =0 .75 ,r芘 =0 .72 ,r三氯苯 =0 .85 )。蚯蚓个体对 3种有机物毒性的耐受程度差别较大。引起蚯蚓死亡的毒性阈值浓度菲和 1,2 ,4-三氯苯均为 2 0mg·kg-1,芘为 2 0 0 0mg·kg-1;引起蚯蚓体重增长率下降的亚急性毒性阈值浓度分别为菲 2 0mg·kg-1、1,2 ,4-三氯苯 3 0 0mg·kg-1、芘 10 0 0mg·kg-1;LC10 0 分别为菲 10 0mg·kg-1,1,2 ,4-三氯苯 3 5 0mg·kg-1。由于芘的低水溶性和低毒性 ,无法计算LC10 0 。实验还表明 ,复合污染主要表现为协同和拮抗作用     

多壁碳纳米管对土壤微生物的生态毒理效应

以多壁碳纳米管为研究对象,从生化作用、酶活性、微生物数量和群落结构4个方面系统评估其对土壤微生物的影响。设置两组实验,分别为碳纳米管组和对照组。对于碳纳米管组,按1mg碳纳米管·g-1土的浓度将多壁碳纳米管与土样均匀混合,对照组中不加入多壁碳纳米管。定期(每28d)取样测定两组土壤中的各项生态毒理指标。近5个月的实验结果显示,不同指标对多壁碳纳米管的响应不同。土壤呼吸作用初期受抑制但后期恢复,氨化作用初期被促进但后期被抑制,脱氢酶活性发生增强和抑制两次波动,荧光素二乙酸酯酶活性在整个实验期间一直被抑制,微生物量出现先减少后增加再减少的规律,群落结构在实验初期和后期均有较大变化。总体上,多壁碳纳米管对土壤微生物表现了一定的生态毒性,但除荧光素二乙酸酯酶活性外,各毒理效应在统计意义上并不显著(0.05水平)。     

1,2,4-三氯苯对蚯蚓生长和表皮及肠道超微结构的影响

通过自然土壤法对蚯蚓进行1,2,4-TCB急性暴露实验,研究了不同剂量的1,2,4-TCB对蚯蚓存亡、生长和表皮及肠道粘膜上皮细胞超微结构的影响。结果表明:1,2,4-TCB对蚯蚓14d半致死浓度为890.295mg·L-1;暴露剂量和培养时间均对蚯蚓生长抑制率产生正相关显著影响,但交互作用不显著;暴露于50mg·kg-11,2,4-TCB时,蚯蚓表皮分泌细胞增多,角质层增厚或上角质层损伤,肠道粘膜上皮细胞凹陷形成一定的溃疡面或呈撕裂分散状,第14天时,上角质层和肠道粘膜上皮细胞损伤均有所恢复;当暴露浓度为400mg·kg-1时,蚯蚓的角质层明显增厚,表皮出现大量的分泌细胞,肠上皮组织呈一定程度的撕裂并少量脱落,第14天时角质层变薄,分泌细胞减少,上角质层破损加剧,肠上皮细胞撕裂严重并持续脱落。第14天电镜观察显示:暴露浓度为50mg·kg-1时,肠上皮细胞线粒体嵴不清晰或断裂,结构模糊;暴露浓度为400mg·L-1时,部分线粒体空泡化或内部有絮状沉淀,嵴变短甚至消失。     

硅促进水稻种子萌发及缓解幼苗砷毒性的效应研究

通过As~(Ⅲ)胁迫下水稻种子的发芽试验和幼苗毒性试验,研究了外源硅对水稻种子发芽率、幼苗生长的影响及其缓解幼苗砷毒性的效应。外源硅的2种处理方式为种子萌发时添加外源硅(Si1)和采用硅处理液浸种(Si2)。结果表明,发芽时介质中As浓度达到10 mg·L~(-1)时显著抑制水稻种子萌发(P0.05),发芽率仅为80%,但是Si1和Si2处理下发芽率则提高到97%和100%,这说明外源硅可促进砷胁迫下水稻种子萌发;砷浓度≥5 mg·L~(-1)时,Si1和Si2处理均可提高水稻的相对幼苗高度和根耐性指数,提高幅度分别为6.00%~16.8%和57.9%~77.0%、7.10%~23.5%和54.2%~61.2%,并且降低了水稻幼苗砷含量,降低幅度分别为17.8%~21.4%和31.0%~49.1%。这说明外源硅处理可促进砷胁迫下水稻幼苗的生长;不同砷浓度处理与水稻芽长、根长及幼苗干重之间存在"S"型的剂量-效应关系,且外源硅显著提高了相应的EC50,缓解了砷对水稻幼苗生长的毒性。综上所述,砷胁迫下水稻种子萌发时添加外源硅或采用硅处理液浸种均可促进水稻种子萌发和幼苗生长,并降低了幼苗砷累积和缓解砷对水稻幼苗的毒性。     

多壁碳纳米管与镉复合污染对水稻生长的影响

选取水稻(Oryza sativa)为研究对象,采用营养液水培法,以营养液(0 mg·L~(-1) MWCNTs、0 mg·L~(-1) Cd~(2+))为参照,分析不同浓度梯度下多壁碳纳米管(MWCNTs)单一处理、MWCNTs与Cd~(2+)复合处理对水稻生长的影响.结果表明,MWCNTs单一处理中,水稻幼苗的生长与MWCNTs添加浓度呈明显负相关.低浓度的MWCNTs(1.5 mg·L~(-1))对水稻幼苗的生长产生抑制作用,较高浓度的MWCNTs(≥6.0 mg·L~(-1))会显著(P0.05)抑制水稻幼苗的生长.添加5 mg·L~(-1) Cd~(2+)会增强MWCNTs对水稻幼苗的生长抑制,当MWCNTs浓度从1.5 mg·L~(-1)上升到12 mg·L~(-1),单一处理组与复合处理组相比,水稻幼苗的根系活力分别下降6.4%、10.4%、24.4%和13.9%;水稻幼苗的叶绿素含量显著降低;复合处理组的水稻叶片的POD活性略高于单一处理组,分别高出11.0%、46.1%、5.6%、11.6%;水稻幼苗叶片气孔导度变小、胞间CO_2浓度升高、光合速率减慢.MWCNTs与Cd~(2+)对水稻幼苗的生长具有明显的协同抑制效应.     

活性氧参与多壁碳纳米管诱导的RAW264.7细胞毒性

碳纳米管以其独特的结构和性能,在生物医药和电子等领域广泛应用,而其生态安全性也成为科学界关注的焦点。为探究多壁碳纳米管(MWCNTs)诱导的细胞毒性机制,将小鼠肺泡巨噬细胞(RAW264.7)暴露于6个浓度梯度(0、25、50、100、150和200μg.mL-1)的MWCNTs中,应用噻唑蓝(MTT)法测定细胞存活率,用2’,7’-二氯荧光素二乙酸(DCFH-DA)荧光染色法测定细胞内活性氧的生产量,用流式细胞方法测定MWCNTs对细胞周期的影响。同时使用抗氧化剂氮乙酰半胱氨酸(NAC)验证MWCNTs诱导的细胞氧化损伤的作用机理。结果显示,MWCNTs对RAW264.7的细胞毒性呈剂量依赖性。暴露于不同浓度的MWCNTs(25、50、100、150和200μg.mL-1)下24h后,细胞活力分别为对照的74%、62%、59%、51%和45%。MWCNTs对RAW264.7的周期阻滞作用主要发生在G0/G1期。200μg.mL-1的MWCNTs处理3h后活性氧较对照组上升6.6倍。NAC对MWCNTs细胞毒作用有明显的抑制作用,且NAC能减弱MWCNTs对RAW264.7的细胞周期阻滞作用。研究表明,活性氧能够介导MWCNTs对小鼠巨噬细胞RAW264.7的损伤,并且MWCNTS通过细胞周期G0/G1期的阻滞,诱导细胞凋亡。     

羧基化多壁碳纳米管对蛋白核小球藻的生物学效应研究

碳纳米材料由于其具有优异的性能,得以广泛生产和使用,因而不可避免地进入水环境中,对水生生态系统造成潜在的影响。羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)作为功能化多壁碳纳米管的一种,其应用亦非常广泛,其潜在的环境效应受到人们越来越多的关注。以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)作为受试生物,通过暴露实验研究了MWCNTs-COOH对蛋白核小球藻的生物学效应。研究结果表明:1)MWCNTs-COOH在中高浓度以下(≤20 mg·L~(-1))未对C.pyrenoidosa生长造成影响;2)暴露96 h后,中、高浓度(10、20 mg·L~(-1))促进C.pyrenoidosa细胞可溶性蛋白的合成,但在高浓度(≥40 mg·L~(-1)),MWCNTsCOOH对C.pyrenoidosa造成毒性效应;3)随着MWCNTs-COOH浓度的增加,C.pyrenoidosa细胞总抗氧化能力(T-AOC)值减少,C.pyrenoidosa细胞丙二醛(MDA)含量显著增加,细胞的健康程度逐渐恶化,细胞结构受到严重损伤。     

羧基化多壁碳纳米管与铅镉对蚕豆幼苗叶片的氧化损伤

蚕豆幼苗悬浮培养于含有羧基化多壁碳纳米管MWCNTs-COOH(0、2.5、5.0和10.0 mg·L~(-1))、20.0μmol·L~(-1)Pb+5.0μmol·L~(-1)Cd(简称Pb+Cd),以及MWCNTs-COOH与Pb+Cd的复合溶液中,15 d后检测叶片生理生化指标的变化,以期为MWCNTs与Pb、Cd复合污染的植物毒性和生态风险性评价提供科学依据。结果表明,随着MWCNTs-COOH浓度的增加,与对照组比较,MWCNTs-COOH单一或与Pb+Cd的复合溶液均诱导了叶片O_2~(·-)和H_2O_2产物的明显积累,并伴随着超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)及愈创木酚过氧化物酶(POD)同工酶及其酶活性的升高。2.5 mg·L~(-1)MWCNTs-COOH单一或与Pb+Cd的复合显著诱导CAT酶活性,10.0 mg·L~(-1)MWCNTs-COOH与Pb+Cd的复合导致CAT酶活性降低至对照组以下,CAT酶可作为早期诊断MWCNTs-COOH或MWCNTs-COOH复合重金属环境污染的敏感的生物标志物。MWCNTsCOOH还诱导了蛋白羰基化、热休克蛋白70(HSP70)、非蛋白巯基(NPT)产物和内肽酶(EP)同工酶活性的增加,与Pb+Cd复合后HSP70产物趋于降低,而蛋白羰基化和NPT产物以及EP酶活性显著升高。叶片抗氧化酶和EP酶活性的升高、HSP70和NPT产物的增加缓解了上述氧化胁迫与损伤,是蚕豆幼苗重要的防御机制。综上,MWCNTs-COOH诱导了蚕豆叶片的氧化胁迫和应激响应,与Pb+Cd复合后则加剧了叶片的氧化损伤与蛋白降解。     

水中多壁碳纳米管的凝聚动力学

利用动态光散射技术研究了环境因素对水中多壁碳纳米管(Multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)颗粒凝聚过程的影响.结果表明,投加一价、二价电解质均可使水中MWNTs颗粒Zeta电位减小、水合动力学半径增大,促进颗粒间凝聚的发生;水中MWNTs颗粒的凝聚过程可分为反应控制和扩散控制两个不同阶段,符合经典的胶体稳定性(DLVO)理论.经计算,Na+、K+、Ca2+和Mg2+的临界凝聚浓度分别为221、251、8.0、8.4 mmol·L-1.腐殖酸存在可通过空间位阻效应显著增强水中MWNTs的分散性,表明MWNTs可稳定存在于典型的水环境中.     

多壁碳纳米管对铜绿微囊藻生长及生理特征的影响

碳纳米材料由于其具有优异的性能,得以广泛生产和使用,其不可避免会进入水环境中,对水生生态系统造成潜在影响。本文以铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)为受试材料,通过暴露实验,研究了多壁碳纳米管(MWCNTs)单独作用对铜绿微囊藻的生物毒性和致毒机理。研究结果表明:低浓度(0.1 mg·L~(-1)和0.5 mg·L~(-1))的MWCNTs能刺激铜绿微囊藻的生长,超氧化物歧化酶(SOD)酶活增强;中低浓度(0.1～10.0 mg·L~(-1))范围内,MWCNTs促使光合色素合成,促进藻细胞增殖;高浓度(50mg·L~(-1)和100 mg·L~(-1)) MWCNTs对蓝藻生长产生抑制,严重抑制叶绿素a,藻细胞生命活力下降; MWCNTs浓度高于1 mg·L~(-1)时,SOD、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)酶活性逐渐降低,丙二醛(MDA)的含量则逐步上升;可溶性蛋白含量与MWCNTs浓度有关,MWCNTs浓度低于5 mg·L~(-1)时,蛋白质含量增加,MWCNTs浓度高于5 mg·L~(-1)时,蛋白质含量逐渐减少。     

多壁碳纳米管对林丹的吸附和催化转化

进入环境的纳米材料对共存化学污染物的环境行为有重要影响.本文选择3种多壁碳纳米管,分别为石墨化多壁碳纳米管(G-MWCNT)、羟基化多壁碳纳米管(O-MWCNT)和氨基化多壁碳纳米管(N-MWCNT),通过批次实验研究其对林丹的吸附行为和催化转化作用.林丹在3种多壁碳纳米管上的吸附动力学符合准二级动力学模型(R20.997),吸附速率常数(k2)分别为0.73(G-MWCNT)、0.60(N-MWCNT)和0.28(O-MWCNT)g·mg~(-1)·h~(-1).林丹在3种多壁碳纳米管上吸附的等温线符合Freundlich经验模型(R20.979),不同p H条件下,吸附系数(KF)分别为28.0—30.0(G-MWCNT)、21.3—24.6(N-MWCNT)和9.1—10.2(O-MWCNT)mg1-n·Ln·g~(-1).平衡浓度为8.5 mg·L~(-1),在不同p H条件下林丹在3种多壁碳纳米管上的分配常数(Kd)分别为12.7—14.4(G-MWCNT)、8.7—9.8(N-MWCNT)和3.9—4.2(O-MWCNT)L·g~(-1).林丹是非离子型有机化合物,疏水作用在吸附过程中起主导作用,表面引入亲水性强的氨基和羟基后,N-MWCNT和O-MWCNT的吸附作用相比具有疏水性表面的G-MWCNT明显减弱.溶液的p H值(5.0—9.0)对同种多壁碳纳米管的吸附作用影响不显著.均相溶液中,林丹发生β-消去反应的准一级动力学表观速率常数kobs(0.017—10.2 d~(-1))随溶液p H值(7.0—12.0)升高而增大.N-MWCNT对林丹发生β-消去反应起催化作用,这种催化作用随p H值(7.0—9.0)升高而增强.当N-MWCNT存在时,林丹的去除率分别增加了7.5%(p H=7.0)、29.3%(p H=8.0)和30.1%(p H=9.0).在均相溶液和N-MWCNT体系中都检测到γ~(-1),3,4,5,6-五氯环己烯、1,2,4-三氯苯和1,2,3-三氯苯转化产物.     

外源柠檬酸对水稻铜毒害的缓解效应

以水稻(宜香4106,Oryza sativa L.cv.Yixiang4106)种子为实验材料,研究铜(Cu)对水稻种子萌发和生长的影响,以及外施柠檬酸对铜毒害的缓解效应.结果表明,在不同浓度Cu2+(20、50、80μmol/L)胁迫下,水稻幼苗的芽长、胚根长、须根数和活力指数均明显下降.当Cu2+浓度达到80μmol/L时,与未胁迫处理相比,幼苗芽长和胚根长度抑制率分别高达23.6%和96.7%.2mmol/L的外源柠檬酸可缓解Cu2+的抑制作用,水稻种子萌发的活力指数提高,根系长度增长近7倍,幼苗平均每株根数增加约8.8倍,水稻幼苗叶片中丙二醛(MDA)含量降低,叶绿素含量提高41.9%,可溶性蛋白质的含量为铜胁迫处理的2.9倍,超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)的活性均显著提高.     

氯苯类化合物对草履虫的毒性研究

本文以草履虫为实验动物，对易挥发性有机物毒性进行了研究，研究结果表明：氯苯、对－二氯苯、１，２、３－三氯苯对草履虫的半致死深度（ＬＣ５０）分别为３０．３ｍｇ／ｌ，３３．９ｍｇ／ｌ和３５．９ｍｇ／ｌ。     

羧基化多壁碳纳米管对雌性小鼠卵泡发育的影响

碳纳米管(carbon nanotubes, CNTs)作为一种新形式的结晶碳,在工业及医药领域具有非常广阔的应用前景。本研究采用水溶性较好的羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)为研究对象,探索功能化多壁碳纳米管对小鼠卵巢发育的影响。将羧基化多壁碳纳米管溶解在含0.5% Tween-20的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中,对实验小鼠按照2.5, 5, 10 mg·kg-1进行持续64 d的灌胃处理。处理结束后通过透射电子显微镜和HE染色观察卵巢组织的形态学变化。结果显示,碳纳米管确实进入了小鼠卵巢中。同时,随着MWCNTs-COOH暴露的增加,雌性小鼠卵泡数量显著减少,而雌性小鼠卵泡的形态结构并无明显影响。     

三(1,3-二氯-2-丙基)磷酸酯对大鼠的神经毒性效应

考察三(1,3-二氯-2-丙基)磷酸酯(TDCPP)对大鼠神经系统的毒性效应及其毒性机制,为有机磷阻燃剂(OPFRs)对哺乳动物神经毒性及其临床防治提供基础数据和科学依据。以Sprague-Dawley (SD)大鼠为受试生物,将TDCPP溶于橄榄油配制不同染毒剂量(125、250和500 mg·kg~(-1)·d~(-1))进行灌胃处理,溶剂对照组以相同体积的橄榄油进行灌胃,空白对照组不做任何处理,染毒周期为12周。结果表明,溶剂对照组和空白对照组的各项检测指标均无显著性差别(P0.05)。TDCPP染毒组与对照组之间的差异主要表现为(1)体重变化:染毒期间,TDCPP处理组大鼠的体重与对照组相比有下降的趋势,在第12周中剂量染毒组和高剂量染毒组大鼠体重均显著性低于对照组(P0.05);(2)行为学实验:Morris水迷宫实验结果表明,高剂量的TDCPP对大鼠的空间学习记忆能力造成影响,主要表现为在定位航行实验中,高剂量染毒组大鼠的逃避潜伏期显著性高于对照组和低剂量染毒组(P0.05),而在空间探索实验中,高剂量染毒组大鼠在目标象限停留时间显著性低于对照组(P0.05);(3)生化指标检测:各组间纹状体内多巴胺(DA)含量并无显著性差异(P 0.05),染毒组乙酰胆碱酯酶(ACh E)活性与对照组相比显著性降低(P0.01)且具有剂量依赖性,高剂量染毒组超氧化物歧化酶(SOD)活性显著性降低,高剂量和中剂量染毒组谷胱甘肽(GSH)含量显著性降低(P0.05),这表明TDCPP对大鼠脑组织造成了氧化损伤,TDCPP染毒组脑组织的炎症因子(TNF-α)水平均高于对照组,且中剂量与高剂量染毒组TNF-α含量显著性高于对照组(P0.05),揭示TDCPP能引起大鼠脑部的炎症反应,对脑组织造成损伤;(4)纹状体超微结构:电镜结果表明,TDCPP可导致纹状体细胞受到损伤,主要表现为细胞核固缩、线粒体损伤和突触间隙减小。研究表明,TDCPP可引起大鼠体重明显下降,导致大鼠神经细胞损伤,行为改变,抑制ACh E、SOD活性及GSH含量,使炎症介质增高,引起大鼠脑组织的氧化损伤和炎症反应。