基于土壤模式生物的纳米材料毒理研究进展

随着纳米科技与工业的高速发展,大量的纳米材料被广泛应用并最终汇聚到土壤环境中,对土壤生态和人体健康造成潜在影响。由于土壤生物具有多样性,选择具有代表性、敏感性并便于获取的土壤模式生物作为实验受体进行纳米材料的生物安全评估及环境毒理效应研究尤为重要。较为系统地回顾和总结了几种典型土壤模式生物的特点,为纳米材料毒理研究中受试生物的选择提供参考,在此基础上整理了大量基于典型土壤模式生物的纳米材料毒性研究资料,归纳了不同层次的研究方法,分析探索了纳米材料毒性机理,并展望了未来的研究重点。     

纳米材料对藻细胞毒性效应及致毒机理

纳米材料因其独特的性质被广泛应用于生物医疗、光学工程、催化等领域。随着纳米材料的生产量逐年增大,越来越多的纳米粒子被释放到水生生态环境中,其生态毒性效应影响也备受人们的关注。本文根据纳米材料的分类总结了不同种类纳米材料对水生生态系统的初级生产者藻类的毒性效应,归纳了纳米材料影响藻类毒性大小的主要因素,如纳米材料的物理化学性质、水体性质和藻种等,并探讨了纳米材料对藻类的致毒机理,如金属离子溶出、氧化损伤和遮光效应等,最后总结展望了纳米毒理学研究的发展方向,以期为纳米材料对藻类的毒性研究提供一定的理论依据。     

3种氨基糖苷类抗生素对水生生物的时间依赖联合毒性作用比较

以3种氨基糖苷类(AG)抗生素:硫酸安普霉素(APR)、双氢链霉素(DIH)和硫酸链霉素(STS)为研究对象,以生态系统中2类重要的水生生物分解者如青海弧菌(Vibrio qinghaiensis sp.-Q67,Q67)和生产者蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa,CP)为受试生物,运用均匀设计射线法设计抗生素三元混合物体系,共5条具有不同浓度配比的射线,应用已建立的分别基于Q67和CP的时间毒性微板分析法系统测试抗生素及其三元混合物射线对Q67和CP在不同暴露时间的毒性。对于Q67和CP,暴露时间分别为0.25、2、4、8、12 h和12、24、48、72、96 h。应用浓度加和(CA)模型分析混合物在不同暴露时间的毒性相互作用。结果表明:APR、DIH和STS及其5条混合物射线对2种指示生物的毒性均具有明显的时间依赖性,且Q67对AG抗生素及其混合物射线的响应比CP的灵敏;以半数效应浓度的负对数p EC50值为毒性大小指标,3种抗生素对2种指示生物的毒性大小顺序随暴露时间的变化而变化,3种AG抗生素对Q67和CP分别在12 h和96 h的毒性大小顺序均为STSDIHAPR;5条具有不同浓度配比的混合物射线对Q67在不同暴露时间的毒性均呈加和作用,但对CP的毒性既有加和作用也有拮抗作用,且拮抗作用随暴露时间和组分浓度配比的变化而变化,表明AG抗生素毒性的联合毒性作用与暴露生物、暴露时间以及混合物组分的浓度配比等有关。     

脱氧雪腐镰刀菌烯醇、黄曲霉毒素B_1和玉米赤霉烯酮对秀丽隐杆线虫的联合毒性研究

脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)、黄曲霉毒素B_1(AFB_1)和玉米赤霉烯酮(ZEN)是最为常见的粮食真菌毒素,易共存于谷物产品和动物饲料中,而目前对其联合毒性的研究较少,且研究结果并不完全一致。为探究DON、AFB_1和ZEN的联合毒性作用,本论文以秀丽隐杆线虫(C.elegans)为模型,分别评估了毒素混合物AFB_1+DON、AFB_1+ZEN、DON+ZEN和AFB_1+DON+ZEN对C.elegans的生长发育(体长)和生殖能力(产卵量)的毒性作用,并用Chou-Talalay模型来判定毒素混合物的相互作用类型。研究表明,AFB_1、DON和ZEN单独染毒C.elegans时,其毒作用强弱为AFB_1ZENDON。联合染毒时,AFB_1+DON对C.elegans产生协同作用,而DON+ZEN则产生拮抗作用;AFB_1+ZEN对体长(24 h)和产卵量的毒作用随着暴露浓度的增加,由弱拮抗变为协同作用,而在毒素暴露48 h后,对线虫的生长发育呈协同作用;AFB_1+DON+ZEN除在EC50-24 h和EC75-24 h时对体长产生明显的毒性增强作用外,其他普遍表现出拮抗作用。由此表明,DON、AFB_1和ZEN对C.elegans的联合毒性作用与剂量和时间相关。     

微囊藻毒素-LR对雄性黑斑蛙精巢中CYP46A1,CYP2H2和CYP2G1 mRNA表达的影响

微囊藻毒素-LR(microcystin-LR,MC-LR)是分布最广泛和毒性最强的一种微囊藻毒素,对水生动物造成潜在的健康威胁。大量科学研究证实,动物体中的细胞色素P450酶(CYP)参与内源性物质及外源毒性物质的代谢过程。为探究两栖动物生殖器官中的CYP酶对低剂量MC-LR生殖毒效应的调节作用,选择雄性黑斑蛙(Rana nigromaculata)为受试动物,采用静态置换法和体内暴露方法,分别暴露于0、0.1、1和10μg·L~(-1)MC-LR溶液0、7和14 d;用实时荧光定量PCR方法检测精巢中CYP46A1、CYP2H2和CYP2G1的mRNA表达水平。结果表明,暴露于0.1、1和10μg·L~(-1)MC-LR 14 d后,CYP46A1在mRNA水平分别上调了1.86、1.65和1.22倍,CYP2H2在mRNA水平分别上调了4.62、1.80和1.04倍,CYP2G1的mRNA水平分别上调了2.63、2.16和1.56倍。MC-LR在1μg·L~(-1)剂量下暴露7 d后,CYP46A1、CYP2H2和CYP2G1 mRNA水平均出现显著上调。上述研究表明,微囊藻毒素对黑斑蛙精巢3种CYP基因在mRNA水平上都存在低剂量刺激效应。低剂量MC-LR能诱导黑斑蛙精巢中CYP46A1转录水平变化,促进胆固醇转化为24S-羟化胆固醇,潜在破坏雄性黑斑蛙精巢中胆固醇水平的平衡; MC-LR也能够诱导精巢中CYP2H2和CYP2G1转录水平的变化,潜在调节CYP2H2和CYP2G1转录水平,进而影响MC-LR的代谢作用。     

大气细颗粒物对小鼠T淋巴细胞亚群的影响

大气颗粒物对肺免疫系统有潜在毒性作用,打破免疫系统平衡,大气颗粒物成分中危害首当其冲的是大气细颗粒物(PM_(2.5)),为研究大气细颗粒物引起的机体T淋巴细胞中Th1/Th2免疫失衡方向。本研究通过免疫组化实验方法检测暴露后小鼠肺组织中T淋巴细胞的表达,进一步采用流式细胞术检测大气细颗粒物气管滴注后小鼠肺脏淋巴细胞中Th1/Th2比例。暴露组小鼠肺组织免疫组化研究结果提示浸润细胞区有大量的CD4~+T细胞,中高剂量暴露组小鼠肺组织中淋巴细胞亚群Th1/Th2比例向Th1偏移。大气细颗粒物影响免疫失衡,使T淋巴细胞向Th1漂移。     

大气颗粒物中类腐殖质的测定、理化特性及健康影响

类腐殖质(humic-like substance,HULIS)是一类水溶性、相对分子量高的有机混合物,常见于雾滴、云滴、积雪和大气颗粒物(PM)中.本文主要综述了大气PM中HULIS的提取和分析方法、毒理性、吸光特性和光敏性,重点探讨了PM中有机物和过渡金属(尤其是Fe离子)产生活性氧化性物种(reactive oxygen species,ROS)从而破坏DNA的致毒机理,进一步提出HULIS(含有可逆的氧化还原位点)单独或与过渡金属螯合成有机-金属配体形成ROS的机理.最后对未来大气HULIS的研究方向进行了展望,指出今后应该加强大气HULIS、金属等通过细胞内催生ROS的测定及细胞毒性相关的研究,并关注HULIS的化学结构、分子组分等的定量分析,更好地揭示物质结构与细胞毒性之间的作用机制和关系,以期为大气HULiS的健康影响提供支持.     

2种类型多壁碳纳米管对蛋白核小球藻的毒理研究

碳纳米材料由于其具有优异的性能,得以广泛生产和使用,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。多壁碳纳米管(P-MWCNTs)和羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)作为纳米材料的典型代表,应用非常广泛,其潜在的环境效应受到人们越来越多的关注。为此,本文以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)作为受试生物,通过暴露实验,研究了P-MWCNTs和MWCNTs-OH对蛋白核小球藻的生物学效应。研究结果表明：1)当P-MWCNTs浓度≤10 mg·L-1、MWCNTs-OH≤20 mg·L-1浓度时对蛋白核小球藻生长未造成影响;2)暴露96 h后,当P-MWCNTs≤10 mg·L-1、MWCNTs-OH浓度≤20 mg·L-1时,蛋白核小球藻细胞可溶性蛋白质含量增加,当P-MWCNTs浓度≥20 mg·L-1、MWCNTs-OH浓度≥40 mg·L-1时,2种类型MWCNTs均对蛋白核小球藻造成毒性效应;3)随着2种类型MWCNTs浓度的增加,蛋白核小球藻细胞总抗氧化能力(T-AOC)值减少,蛋白核小球藻细胞丙二醛(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;4)MWCNTs-OH比P-MWCNTs具有更好的生物相容性。     

重金属汞对海洋底栖动物毛蚶和紫贻贝毒性效应研究

本文基于我国近海典型底栖双壳类生物毛蚶、紫贻贝急性和慢性毒性效应实验数据,分析了重金属汞对受试生物体质量、体长及消化腺超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)酶活力的影响,获取了无观察效应浓度(No Observed Effect Concentration, NOEC),并以生存率为反应终点分析计算了重金属汞的非检测毒性效应浓度及半致死浓度。结果表明,各实验组SOD酶活力的组内方差与组间方差的差异整体上并不显著(P > 0.05),实验周期内仅在个别时间处理组间存在显著性差异(P < 0.05);实验周期内毛蚶和紫贻贝体质量、体长的组内方差与组间方差并没有显著性差异(P > 0.1),体长及体质量不适合作为毒性效应的评价终点。重金属汞对毛蚶、紫贻贝的非检测毒性效应浓度分别为23.7 μg·L-1、87.8 μg·L-1,半致死浓度分别为683.4 μg·L-1、773.2 μg·L-1。     

风雨联合作用下风向对大跨度悬挑屋盖的压力分布影响研究

强降雨通常伴有强风作用,风向成为影响结构表面压力分布的重要因素之一。目前大跨度挑檐屋盖设计基本只考虑垂直于结构表面的单独雨荷载作用,对风雨联合作用下建筑表面压力分布研究甚少。研究风雨联合作用下,不同风向对大跨度悬挑屋盖表面的压力分布影响特性。基于数值模拟平台,采用欧拉-欧拉方法,模拟得到了不同风向工况下大跨度悬挑屋盖结构表面平均压力分布规律,并研究得到了一次自然降雨过程中最不利抗风雨位置,对相应大跨度悬挑结构设计提出了有益参考。