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自20世纪70年代纳米材料问世以来,各种纳米材料得到了广泛应用,纳米颗粒物不可避免地释放到环境中,纳米颗粒物在环境中的行为和潜在风险尚不确定。释放到环境中的纳米颗粒在环境中发生何种模式的迁移转化,如何与各个生态系统相互作用。建立科学的纳米材料生态毒性的评价、预测体系是纳米颗粒物生态毒理效应的关键。本研究以模式动物斑马鱼为研究对象,研究三种环境纳米材料(Nano-Cu、Nano-C、Nano-Ti02)对斑马鱼的环境毒理效应,探讨纳米颗粒的作用机制。主要研究成果如下:通过模式动物斑马鱼建立了三种纳米颗粒物的半数致死浓度(Lethal Concentration,50%,LCso)。考察了三种纳米材料对斑马鱼的毒性效应,发现这三种纳米材料对受试斑马鱼的毒性以半数效应浓度分别为Nano-Cu 20.3363mg/L、Nano-C 175.0730mg/L、Nano-Ti02 512.9100mg/L,三种纳米材料的毒性等级根据美国科学院的毒性等级划分规则可将其毒性等级顺序表示为Nano-Cu>Nano-C>Nano-Ti02,Nano-Cu划分为毒性,Nano-C划分为中度毒性,Nano-TiO2轻度毒性。依据LC50设置了三种纳米材料的攻毒剂量分别为 Nano-Cu(0.00 mg/L、3.00 mg/L、3.90 mg/L、6.50 mg/L、10.80 mg/L、18.00 mg/L、);Nano-C(0.00 mg/L、15.55 mg/L、25.92 mg/L、43.20 mg/L、72.00 mg/L、120.00 mg/L、);Nano-TiO2(0.00 mg/L、25.92 mg/L、43.20 mg/L、72.00 mg/L、120.00 mg/L、200.00 mg/L)。通过对三种纳米材料各个剂量组的受试斑马鱼的主要器官进行病理解剖和病理分析,结果表明,随着攻毒剂量的增加,斑马鱼的鳃、肝脏、肌肉和卵巢组织均有明显的病理变化,病理变化表现为鳃丝略肿大,鳃丝充血、鳃丝界限模糊、鳃丝断裂坏死;鳃丝细胞病理变化表现为鳃丝细胞肿大,细胞核裂解,出现空泡样变等。斑马鱼肝脏病理变化表现为肝窦隙稍微增大扩张,肝窦隙充血,肝窦隙稍模糊,肝组织发生局部坏死;肝细胞的变化表现为肝细胞的核溶解或细胞溶解,肝细胞核发生严重变形、萎缩、偏离细胞中心。肌肉组织病变由肌肉组织略肿胀,界限明显,无显著病理变化,肌肉细胞稍微变大肿胀,肌肉细胞间隙缩小,肌细胞间有部分充血,肌肉细胞充血肿胀,有部分肌肉细胞出现核偏离,肌肉界限模糊不清,肿大明显,出现部分肌索断裂,肌肉细胞肿大,细胞核浓缩,出现空泡样变,肌肉组织发生局部坏死,多数肌索断裂,排列混乱,界限模糊,肌细胞细胞核发生严重变形、萎缩、偏离细胞中心,大量细胞坏死;卵巢组织中卵母细胞间排列略疏松,斑马鱼卵巢中Ⅲ期以上成熟卵母细胞数目减少,卵母细胞之间排列开始出现明显松散现象,成熟卵期的卵母细胞发生了变形肿胀,出现了退化的卵母细胞,处理组中卵母细胞排列松散,细胞变形严重,表明卵母细胞退化加重,II、III期细胞占大多数,基本没有V期成熟的卵母细胞。受试斑马鱼的病理变化与攻毒剂量存在明显的相关性,三种纳米材料的毒性引起的病理变化中,Nano-Cu变化最为明显、病理变化发生早、病理变化随剂量变化显著,引起组织坏死等;Nano-C和Nano-TiO2病理变化较为温和,病理进程发展缓和,引起组织的部分水肿,充血,细胞肿大等。通过对三种纳米材料各个剂量组的受试斑马鱼体内主要生化指标GSH(Glutathione谷胱甘肽,简称 GSH)、MDA(Malonic Dialdehyde 丙二醛,简称 MDA)、Na+K+-ATP ase(Na+K+-ATP adenosine triphosphate 钠钾腺嘌呤苷三磷酸酶,简称 Na+K+-ATP ase)、CAT(Catalase From Micrococcus过氧化氢酶,简称CAT)进行检测。当斑马鱼暴露在Nano-Cu 浓度为 0.00mg/L、3.00 mg/L、3.90 mg/L、6.50 mg/L、10.80 mg/L、18.00mg/L,Nano-Ti02浓度为 0.00mg/L、15.55 mg/L、25.92 mg/L、43.20 mg/L、72.00mg/L、120.00mg/L,Nano-C 浓度为 0.00mg/L、25.92 mg/L、43.20 mg/L、72.00 mg/L、120.00mg/L、200.00mg/L,分别测定了受试斑马鱼中的 GSH、MDA、Na+K+-ATPase和CAT活力的变化,结果显示,Nano-Cu处理组中斑马鱼GSH的含量随着浓度处理组的升高呈下降趋势,MDA含量随处理浓度的升高而增加(P<0.05),Na+K+-ATPase活性随处理浓度的升高显著降低(P<0.05),CAT活力随浓度处理组的升高呈下降趋势,表明斑马鱼的生理活动受到Nano-Cu的影响。Nano-C处理组中斑马鱼GSH的含量随着浓度处理组的升高呈下降趋势,MDA含量随处理浓度的升高呈上升趋势,Na+K+-ATPase活性随处理浓度的升高下降,CAT活力随浓度处理组的升高呈下降趋势,说明斑马鱼的生理活动受Nano-C浓度的影响。Nano-TiO2处理组中斑马鱼GSH的含量随着浓度处理组的升高呈下降趋势,MDA含量随处理浓度的升高显著升高(P<0.01),Na+K+-ATPase活性随处理浓度的升高而降低(P<0.05),CAT活力随浓度处理组的升高呈下降趋势,说明斑马鱼的生理活动受到Nano-TiO2的影响。采用能谱EDS对受试斑马鱼体内纳米颗粒物元素分布进行分析,结果显示铜元素、钛元素在斑马鱼体内均未检测到。