页岩气是国家的重要能源战略,重庆是其规划化开采的主战场之一。水力压裂是实现页岩气商业化开采的重要技术,但其作业过程中不可避免产生大量的页岩气开采返排水（以下简称返排水）。返排水中既包含压裂过程中添加的抗菌剂、表面活性剂、减阻剂等上百种化学物质,又包含地层岩石中的天然放射性物质、重金属等多种污染物,具有高盐、高COD、多种污染物共存等突出特点。返排水可通过泄露和外溢、非有效处理或直接排放等多种方式进入水环境中,对水生生物造成不同程度的危害。目前关于返排水毒性效应及其机制的研究尚不完善,因此,本论文重点探究了不同返排时期的返排水对两种模式藻（蛋白核小球藻和铜绿微囊藻）的毒性效应,从生理生化特性、形态以及蛋白水平等方面分析其毒性作用机制,并利用模拟返排水对其毒性机制进行验证。最后,选取返排水中常检出的季铵盐类（QACs）杀菌剂为代表性污染物,探究其对两种藻的毒性效应及机制。主要取得以下研究结果:三种不同返排时期、不同性质的返排水对蛋白核小球藻和铜绿微囊藻的急性毒性效应结果显示:三种返排水对铜绿微囊藻生长无显著影响,但显著促进或抑制小球藻的生长;为了辨析有机物、盐和金属对返排水毒性效应的影响,分别设置了未处理组（FBW）、盐对照组（SC）,以及有机物浓度显著降低的活性炭处理组（AC）,三种返排水及其对照组对两种藻的生长影响效应一致,均为FBW＜SC＜AC;藻的形态分析发现,SC组的藻出现明显质壁分离,AC组的藻出现明显膜损伤,而FBW组只有轻微的质壁分离和膜损伤;FBW组藻的膜溶出物（乳酸脱氢酶,LDH）活性也显著低于AC组,SC组无明显变化;表征氧化应激的生物标记物丙二醛（MDA）含量和超氧化物歧化酶（SOD）活性变化也发现AC对藻的氧化胁迫程度强于FBW,SC组仍无明显变化。表明返排水中的盐引起藻的质壁分离,金属会诱发氧化胁迫和膜损伤,有机物与两者共存则可以缓解返排水对藻的毒性效应,表现为对藻生长抑制的拮抗作用。使用i TRAQ（同位素标记相对与绝对定量技术）对小球藻的蛋白组学分析发现,相比空白组,FBW和AC组的藻细胞内与氧化胁迫相关的酶均显著上升,且AC组的酶活性高于FBW组,同时AC组与金属含量相关的蛋白表达量明显高于FBW组,证实了返排水及其金属成分会对藻构成氧化胁迫,进而破坏细胞膜,抑制藻的生长,而返排水中的有机物与金属的螯合作用会降低金属的生物有效性。为了明确有机物含量对返排水毒性效应的影响,参照所选取返排水的理化性质,配制含不同有机物浓度的模拟返排水（0%—100%）,对比他们对两种藻的生长抑制效应。结果表明所有模拟返排水对两种藻均有不同程度的生长抑制,不含有机物的模拟返排水对藻的生长抑制率最高。生理生化分析发现,模拟返排水对两种藻均造成了氧化胁迫,不含有机物的模拟返排水对藻的氧化胁迫效应最强,铜绿微囊藻胞外LDH分析发现AC组的LDH活性明显高于其他处理组,证实了返排水中的金属会对藻构成了氧化胁迫,有机物的存在会缓解其胁迫程度。苯扎氯铵（BAC（C12））对两种藻的毒性效应结果显示:BAC（C12）在96h内对蛋白核小球藻生长抑制的EC50为11.20 mg/L,对铜绿微囊藻生长抑制的EC50为3.61 mg/L,表明原核藻的生长对BAC（C12）更加敏感;在各自的EC50浓度下,两种藻细胞的光合活性受到抑制,MDA含量、SOD和LDH活性均显著上升,证明BAC（C12）导致藻细胞内自由基含量升高,对藻细胞造成氧化胁迫,且引起细胞膜损伤。进一步,BAC（C12）对铜绿微囊藻的影响还表现在内源藻毒素胞外释放量的显著提高,藻细胞出现质壁分离、类囊体模糊及类囊体膜堆积等现象。差异蛋白分析发现,与光系统I和II相关的蛋白均显著下调,光合系统受到破坏;光合电子传递速率相关的蛋白如铁氧还蛋白还原酶和藻胆蛋白明显下调,胞内电子传递受阻,导致活性氧自由基积累,产生氧化胁迫;维持细胞抗渗透压完整性的肽聚糖生物合成途径相关蛋白也显著下调,表明细胞膜渗透性增加,细胞膜破损;但4种与微囊藻毒素合成相关蛋白表达量明显上调。综上,表明BAC（C12）主要通过破坏光合系统,导致电子传递受限,构成氧化胁迫,破坏细胞膜来抑制藻的生长,诱导铜绿微囊藻内源藻毒素大量合成且通过破损的细胞膜释放到胞外,增强了BAC（C12）对水环境的潜在危害。