纳米材料的环境行为与生物效应成为近年来环境化学领域关注的热点问题之一,其中纳米银(Ag NPs)是一种应用品种最广泛的纳米材料。藻类因其生长繁殖速率快、易于培养及其光系统II(PSII)对外界环境胁迫极为敏感,常被作为评价污染物环境生物效应的模式生物。研究Ag NPs胁迫下藻细胞磷吸收代谢中的关键机构叶绿体PSII体系的光合响应,有利于深入了解Ag NPs对水生生物的影响及其潜在的生态风险。本论文以水环境中常见的单细胞绿藻小球藻(Chlorella vulgaris)作为受试藻种,观察Ag NPs胁迫下小球藻的细胞及光合机构超微结构的变化;测定不同磷浓度下小球藻光合响应参数叶绿素自发荧光、PSII光合放氧活性等,评价了磷吸收中Ag NPs对小球藻光合参数的影响;在此基础上,采用代谢组学考察了Ag NPs胁迫下小球藻与光合响应相关的磷代谢组学变化。本论文得到的研究结论如下:(1)透射电镜(TEM)和原子力显微镜(AFM)的观测结果表明,Ag NPs胁迫下,小球藻细胞尺寸减小,细胞壁发生褶皱并向内凹陷。与对照组相比,随着Ag NPs浓度的升高,叶绿体基粒堆叠松弛并出现“脱堆”的现象,PSII颗粒数量减少,直径减小且排列发生紊乱。藻细胞发生了明显的质壁分离现象。Ag NPs对小球藻的PSII颗粒在类囊体上的堆叠数量及排布整齐程度产生不利影响,对藻细胞及其叶绿体超微结构造成了损伤。(2)随着Ag NPs(0～0.20 mg/L)浓度增加,在实验周期内(7天)小球藻的生长受到明显抑制作用,高磷培养基下该抑制作用得到缓解。无磷条件下小球藻几乎不生长,磷是小球藻生长的重要营养元素。与OECD培养基正常磷(0.36mg/L)相比,高磷培养基(2 mg/L)中叶绿素a的含量在第7天受Ag NPs(0.20mg/L)的抑制率减少了19%,高磷促进了藻细胞对光能的吸收;0.20 mg/L Ag NPs处理后,叶绿素自发荧光强度在第7天时较对照组(0 mg/L Ag NPs)分别减弱了60%(高磷)和73%(正常磷),高磷促进了叶绿素的生成;酸性磷酸酶的活性相比对照组均下降了69%左右,Ag NPs抑制了酸性磷酸酶的活性,进而干扰藻细胞相关的生理代谢功能;氢-ATP酶活性的抑制率(高磷)为55%,相比(正常磷)降低了11%,Ag NPs胁迫时小球藻在高磷条件选择性吸收营养物质的能力更强;高磷培养基中小球藻三磷酸腺苷ATP的含量显著高于正常磷组,Ag NPs在高磷培养基中对能荷AEC抑制率为30%,比正常磷条件下低17%,表明磷是细胞能量代谢的重要营养物质,高磷缓解了Ag NPs对小球藻新陈代谢的影响。(3)在Ag NPs胁迫下,小球藻细胞内共鉴定出33种发生显著性变化的代谢物,其中相对含量较高的代谢物有葡萄糖、果糖、肌醇、甘氨酸等,与对照组相比相对含量较高的代谢物有葡萄糖、蔗糖、甘氨酸等;叶绿醇的含量有所下降,肌醇的含量相比对照组降低75%。Ag NPs对小球藻的代谢通路产生了显著的扰动,磷酸肌醇代谢、卟啉与叶绿素代谢以及甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢等代谢途径下调。Ag NPs通过破坏藻细胞中叶绿素的合成、PSII的光合响应和类囊体膜的形态及参数,进而影响藻细胞对磷的吸收和代谢,最终导致藻细胞生长受到抑制。