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伴随着各种纳米材料的广泛应用,人工纳米颗粒物(MNPs)将不可避免地释放到环境中,成为潜在的污染物,对生态健康和人体健康产生潜在不利影响。释放到环境中的MNPs可发生多种迁移和转化过程,进而影响其生态毒理学效应。如何评价和预测MNPs的水环境行为(尤其是MNPs与溶解性有机质(DOM)的相互作用及其对MNPs胶体团聚状态的影响)及对水生生物的毒理效应,是纳米生态毒理学研究的前沿领域。本文基于分子模拟方法,研究DOM与富勒烯(C60)的相互作用机制,阐明了DOM对C60在水中溶解与团聚行为的影响机制；通过生物测试,考察了纳米二氧化钛(nTiO2).纳米二氧化铈(nCeO2)以及纳米银(nAg)颗粒物对不同营养级水生生物的毒理效应,并探讨了其毒性作用机制。主要研究内容和研究成果如下：(1)利用分子力学和量子化学计算,模拟了C60与不同来源的DOM模型分子间的相互作用。相互作用能的计算结果表明,DOM模型分子可与C60间形成稳定的复合物。与来源于淡水或褐煤的DOM模型分子相比较,土壤中的DOM模型分子与C60间形成的复合物的稳定性更高。电荷转移分析的结果表明,DOM在C60-DOM的复合物中是电子受体。此外,DOM的存在显著地提高了C60的表观水溶解度(SC60/DOM),且SC60/DOM随C60-DOM复合物的前线分子轨道能级差的增加而降低。(2)采用荧光探针法研究了nTiO2和nCeO2胶体对斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)细胞膜通透性和膜电位的影响。利用DLVO理论对这两种MNPs的胶体稳定性进行了评价。在总势能曲线上nTiO2胶体的势能峰值是nCeO2的4.2倍,表明nTiO2胶体的稳定性高于nCeO2胶体。nTiO2胶体降低了绿藻细胞膜通透性,nCeO2胶体却增加了绿藻细胞膜通透性。这两种MNPs胶体均引起细胞膜电位的升高,且nTiO2胶体诱导细胞膜电位升高程度明显高于nCeO2胶体,表明干扰绿藻细胞膜的正常生理功能是MNPs对绿藻的毒性作用机制之一。与nCeO2胶体相比,具有更高悬浮稳定性的nTiO2胶体表现出更强的绿藻细胞膜毒性效应,说明MNPs的胶体稳定性是决定其毒性差异的重要因素。(3)考察了nAg胶体对三种不同营养级水生生物的毒理效应,包括羊角月牙藻(Raphidocelis subcapitata)、圆形盘肠溞(Chydorus sphaericus)及斑马鱼(Danio rerio)胚胎。通过反应加和模型定量评价了游离态银离子(Ag+)对nAg胶体的毒性贡献。研究了三种商业nAg颗粒物：无包覆剂(Bare)nAg、聚乙烯吡咯烷酮包覆(PVP)nAg、悬浮剂分散(DIS)nAg。发现这三种nAg胶体对受试生物的毒性(以半数效应浓度为基础)大小顺序均为：DIS-nAg> PVP-nAg> Bare-nAg。DIS-nAg含有最高浓度的游离态Ag+,而Bare-nAg中的游离态Ag+的浓度最低,表明主解释nAg的毒性机制时不能忽略游离态Ag+的作用。此外,游离态Ag+对nAg胶体的Raphidocelis subcapitata毒性贡献最大,而对nAg胶体的Danio rerio毒性贡献最小,说国游离态Ag+对nAg颗粒对不同水生生物的毒性贡献不同,取决于水生生物的营养级水平。(4)研究了DOM对nAg胶体水生毒性的影响。以一种腐殖酸模型分子(HS)来模拟DOM,考察了HS对PVP包覆的nAg(一次粒径为20nm)对羊角月牙藻、圆形盘肠溞及斑马鱼胚胎的毒性影响。发现随HS浓度的升高,nAg胶体对三种水生生物的毒性降低。随着HS浓度的增加,nAg胶体颗粒物的尺度更小,意味颗粒物的尺度变化不是导致HS存在条件下nAg毒性降低的原因。HS浓度增高时,导致nAg表面电荷更负,说明表面电荷大小也不是导致有HS存在时nAg毒性降低的决定因素；HS浓度较高时,Ag+释放受到了抑制,以nAg胶体中游离态Ag+浓度来表达胶体的毒性反应时,存在明显的浓度-反应关系,说明HS通过抑制Ag+的释放来降低nAg胶体的水生毒性。