纳米氧化铜（CuO NPs）是一种广泛应用于生产、生活中的纳米材料。随着CuO NPs的广泛应用,越来越多的CuO NPs进入到人们的生活以及自然环境当中,因而关于CuO NPs的生物安全性引起了人们的高度关注。许多研究表明,CuO NPs具有很强的生物毒性。藻类作为生态系统的初级生产者和生物富集的起点,首先受到CuO NPs的影响,因此研究CuO NPs对藻类的影响和毒害机理具有重要的生理生态意义。本研究以真核藻类中的小球藻（Chlorella sp.）、栅藻（Scenedesmus sp.）和原核藻类中的螺旋藻（Arthrospira sp.）为试验材料,研究了CuO NPs对两类不同藻最重要的两条初级代谢途径——光合作用和呼吸作用——的影响,探究了藻细胞对CuO NPs的吸收和转化的机制,从而阐明CuO NPs对藻类的毒害机理。为建立纳米材料毒性评价体系和防止纳米材料对环境的污染提供理论依据和新的策略。本研究主要结果如下:（1）CuO NPs对藻类的毒害程度明显重于同浓度的微米氧化铜（CuO MPs）,这表明纳米级的粒径会增加材料的毒性。不论在真核藻类还是在原核藻类中,CuO NPs对光合放氧的抑制程度都要大于对呼吸耗氧的抑制程度,并且随着CuO NPs含量的增加,抑制程度逐渐加重,这表明藻类的光合机构比呼吸机构对CuO NPs的毒害更敏感。值得注意的是,原核藻类的光合机构比真核藻类的光合机构对CuO NPs的毒害更敏感,当CuO NPs对真核和原核藻类造成相同的伤害程度时,对原核藻类的毒害含量和毒害时间都显著低于对真核藻的毒害含量和时间。（2）不论是在真核藻类还是原核藻类中,CuO NPs都会对类囊体结构造成严重的破坏,类囊体的垛叠程度变得更加松散,且原核藻类的类囊体发生了明显的弯曲。类囊体的形变严重影响光能吸收和转化效率,降低光能利用率,从而影响藻细胞的光合能力。（3）叶绿体快速荧光诱导动力学曲线的结果表明:CuO NPs处理显著降低了藻类的最大光化学效率（Fv/Fm）,这表明CuO NPs伤害了藻类的光系统II（PSII）。CuO NPs对藻类光系统的伤害存在具体的伤害位点,但是对真核藻类和原核藻类的伤害位点并不相同。在真核藻类中主要破坏了PSII的放氧复合体（OEC）,而在原核藻类中主要破坏了PSII的D1蛋白。（4）CuO NPs对类囊体结构的破坏和对PSII的伤害抑制了藻类的光合放氧。进入水体的CuO NPs会释放大量的Cu²⁺,并被藻细胞所富集。使用与CuO NPs释放的Cu²⁺浓度相当的CuSO₄处理藻细胞,结果发现,Cu²⁺处理抑制了藻类的光合放氧,加重了光抑制,造成了类囊体的形变,这与CuO NPs处理造成的伤害类似。这些结果都表明CuO NPs释放的Cu²⁺是CuO NPs对藻类毒害的一个重要原因。虽然Cu²⁺对光合机构的毒害与CuO NPs类似,但对光合机构的毒害程度明显弱于CuO NPs,这表明CuO NPs对藻类的毒害方式不止离子毒害这一条途径。藻类能够通过内吞作用将CuO NP吸收到细胞内,进入藻细胞内的CuO NPs主要富集在类囊体的周围,类囊体周围的CuO NPs因其纳米级粒径所具有的特殊理化性质会与叶绿体内的蛋白酶和核酸等生物大分子反应,影响它们的功能,从而对类囊体造成直接伤害。（5）在藻类的类囊体中不但观察到了CuO NPs颗粒,还观察到了粒径远小于CuO NPs的纳米氧化亚铜（Cu₂O NPs）颗粒（2-5nm）。我们对CuO NPs材料进了XRD的分析,在其中并没有观察到Cu₂O NPs。通过能谱和快速傅里叶变化分析证明,细胞内的Cu₂O NPs是由被吸收到细胞内的CuO NPs直接转化而来,而非细胞外或者细胞内的Cu²⁺被还原形成。（6）前人的研究多将CuO NPs对植物细胞的伤害归结为氧化胁迫,然而,对CuO NPs处理导致细胞内活性氧（ROS）产生的原因和位点人们尚不清楚。我们的研究证明,CuO NPs处理导致ROS积累的原因不是抑制了藻类的ROS清除能力,而是加剧了藻类的ROS产生。并且ROS主要产生于叶绿体中,这与我们以前观察到的CuO NPs主要伤害藻类光合机构的结果相吻合。ROS的大量积累影响PSII的正常周转,导致膜脂过氧化,造成膜结构的破坏,加剧对光合机构的伤害。综上所述,我们的研究证明,CuO NPs对藻类具有严重的毒害作用。原核藻类相比真核藻类对CuO NPs的毒害更敏感。藻类的光合机构相比呼吸机构对CuO NPs的毒害更敏感。CuO NPs对真核藻类和原核藻类的光合机构的伤害位点不同,即真核藻类中主要破坏了PSII的放氧复合体（OEC）,而在原核藻类中主要破坏了PSII的D1蛋白。CuO NPs对光合机构的伤害导致了ROS的大量积累,进一步对藻类造成了氧化胁迫。