纳米技术的快速发展和应用导致纳米材料不可避免地被释放到水环境中,对水生生物造成潜在危害。嗜热四膜虫（四膜虫）是一种广泛生活在淡水水域的单细胞水生生物,是纳米材料进入水生食物链的起始环节,研究纳米材料对四膜虫的生物效应对评估纳米材料的水生态风险有重要意义。水体中纳米材料的环境浓度约为pg/mL至μg/mL,但目前研究中的暴露剂量普遍较高,无法反映环境相关剂量下纳米材料的生态毒理效应。另一方面,环境中微生物细胞个体存在异质性,基于群体平均值的研究结果,通常忽略了具有特殊性质的细胞个体,可能导致对群落命运有决定作用的细胞个体信息的遗漏。受到检测技术的限制,目前低剂量或环境剂量下纳米材料的单细胞生物效应亟待研究。质谱流式细胞技术是基于电感耦合等离子体飞行时间质谱（ICP-TOF-MS）的检测方法,可以实现单细胞水平多金属元素同时检测、检测通量高、灵敏度高,是研究金属纳米材料的单细胞生物效应的有力工具。纳米金（Au NPs）在医学诊疗、药物载体等领域有广泛的应用,且其化学稳定性高,常作为纳米材料的生物效应研究的模型材料。基于以上背景,本论文利用基于质谱流式细胞技术建立的四膜虫单细胞分析方法,研究了低剂量Au NPs对四膜虫的单细胞生物效应,由于金属在环境中以多种形态存在,因此还比较了溶解性金元素（Au（III））与Au NPs对四膜虫单细胞生物效应的差异。首先,考虑到纳米材料的生物效应受暴露介质的影响,在1 ng/mL的暴露剂量下,比较了超纯水（UPW）和培养基（SPP）两种暴露介质中,四膜虫对Au NPs和Au（III）的短时间（0.5 h）生物蓄积和毒性差异。结果表明,UPW和SPP中暴露,Au NPs和Au（III）都没有对四膜虫的细胞膜完整性产生明显的影响。在超纯水中的暴露,可以增强Au NPs和Au（III）在四膜虫体内的生物累积量。此外,在两种暴露介质中,四膜虫摄取Au NPs的阳性群体比例（AuP%）和四膜虫群体中Au平均信号强度(MEIAu)均显著高于Au（III）暴露组。为了避免培养基中复杂的有机物成分对Au NPs和Au（Ⅲ）暴露产生影响,进一步在超纯水暴露条件下,利用质谱流式细胞技术研究了环境相关浓度下Au NPs和Au（III）在四膜虫细胞中的单细胞累积动力学特征和毒性效应。通过对四膜虫进行48 h的Au NPs和Au（III）长时间持续暴露实验,结果表明,在1 ng/m L暴露剂量下,Au NPs和Au（III）对四膜虫均没有毒性效应。四膜虫可以快速摄取Au NPs和Au（III）,累积达到峰值的时间点分别为12 h和3 h,在此之后四膜虫体内的大部分Au NPs和Au（III）又会被快速外排,最终只有少量Au(MEIAu值分别为89.73、92.60和16.43)在细胞内累积。在持续暴露过程中,四膜虫累积Au NPs的含量始终高于Au（III）组,且四膜虫外排Au（III）早于Au NPs。此外,四膜虫累积Au NPs和Au（III）均表现出较高的异质性,少数具有较高的摄取能力的四膜虫细胞能够累积较多的Au NPs和Au（III）,而这些“少数群体”有可能导致纳米材料沿食物链传递对较高营养级生物产生危害。缺少Au NPs和Au（III）的累积差异的结果。四膜虫的摄取途径可能是造成其生物累积含量差异的重要原因,本研究进一步通过抑制剂实验探究了四膜虫摄取Au NPs和Au（III）的途径差异。结果表明,在1 ng/m L暴露剂量下,四膜虫主要通过肌动蛋白依赖的巨胞饮作用摄取Au NPs,而摄取Au（III）途径除了肌动蛋白依赖的巨胞饮作用还包括细胞表面小窝介导的内吞途径。此外,四膜虫在抑制剂处理后对Au的累积依旧存在较强的个体差异性。综上,本论文利用单细胞质谱流式技术在环境相关浓度下,以四膜虫膜通透性为监测指标评估了Au NPs和Au（III）的毒性效应,研究了暴露介质对四膜虫短期累积Au NPs、Au（III）的差异;然后通过在超纯水中长时间持续暴露比较了四膜虫对Au NPs和Au（III）的动态累积特征和摄取途径;本论文的研究结果为金属纳米材料的水生生态风险评估提供了基础数据,也为低剂量暴露、单细胞水平的金属纳米材料及其溶解态元素的生物累积特征和毒性研究提供了研究思路。