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随着其广泛生产和使用,碳纳米管(CNTs)难免会进入水环境,对水生生态系统造成一定的影响。已有许多研究报道了 CNTs的生物毒性,但由于环境因素复杂多样以及不同CNTs间性质差异大,CNTs的毒性效应及致毒机理仍存在很多不确定性,需要更多研究。论文研究了水中广泛存在的溶解性有机质(DOM)和表面氧化对CNTs藻类毒性效应的影响,并从细胞、亚细胞及分子水平分析了氧化CNTs对蛋白核小球藻的致毒机理。主要结论如下:(1)比较研究了两种人工合成的表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠-SDBS、聚乙二醇辛基苯基醚-TX100)和一种天然有机质(腐殖酸-HA)对多壁碳纳米管(MWCNTs)藻类毒性的影响,发现MWCNTs的96hIC50为14.5± 1.1mg/L,5mg/LSDBS 和 TX100 存在下分别降至 10.0±1.7mg/L 和 12.6土 0.6mg/L,但加入 5 mg/L HA后,96 h IC50值却增至 23.1± 0.9 mg/L。结果表明 SDBS 和 TX100促进藻细胞对MWCNTs的吸收内化,增大藻细胞的氧化压力,从而增大MWCNTs对小球藻的毒性;而HA却阻碍藻细胞对MWCNTs的吸收内化,并减轻氧化压力,从而降低MWCNTs的毒性。(2)利用浓硫酸与浓硝酸混合氧化法制备了多种氧化多壁碳纳米管(o-MWCNTs),发现氧化后MWCNTs的比表面积增大,管端打开,管壁上出现缺陷,电子结构破损,部分残留的金属催化剂及无定形碳被去除;氧化主要发生在MWCNTs表面,总氧含量由2.82%增至5.22～7.25%,且随氧化时间增加而增加,引入的含氧官能团以羧基和酯基为主。o-MWCNTs表面酸性官能团的解离能增加MWCNTs的负电性和静电斥力,提高其分散和悬浮性能,从而增加与藻细胞间的相互作用和毒性效应。表面氧化程度越高,o-MWCNTs的藻类毒性越大,o-MWCNTs 的 96 hIC50值为 3.8-6.6 mg/L。(3) o-MWCNTs会附着在藻细胞表面,通过直接穿刺和内吞作用两种方式进入细胞;藻细胞会通过启动抗氧化防御系统、增强细胞分裂和磷酸戊糖途径、形成多磷酸体、累积中性脂肪、调节细胞渗透压和细胞膜流动性等一系列保护性反应来抵御o-MWCNTs的胁迫;但当这些保护性反应仍无法维持正常的细胞功能时,则出现细胞膜损伤、细胞器损伤、生物大分子变性以及能量代谢紊乱等破坏性反应,最终导致细胞死亡。