论文部分内容阅读
摘 要：随着纳米金属氧化物在电子工业、个人护理产品、结构材料等领域的广泛应用，人们开始关注纳米金属氧化物对环境造成的潜在风险。本文综述了纳米金属氧化物对藻类的致毒机理，展望了纳米金属氧化物毒性效应的研究方向。
关键词：纳米金属氧化物;藻;毒性机理
中图分类号： 文献标识码：A
纳米材料指三维中至少一个维度在1～100 nm之间的天然或人造材料。与常规尺寸材料相比，纳米尺寸的材料具有独特的物理、化学性质。这其中纳米金属氧化物（metallic oxide nanoparticles，MO-NPs）具有优良的电导率和热导率，使其在不同的领域都得到广泛应用。
微藻是一类处于食物链最低营养级的自养生物，是海洋初级生产力的重要组成部分。许多生态毒理学研究都使用微藻作为实验模型，它们可能受到各种污染的强烈影响。MO-NPs大量使用中会不可避免地在自然环境中迁移转化，最终进入海洋，使近海区域成为纳米材料的“汇”，从而对海洋生态系统以及海洋生物产生影响。本文综述了MO-NPs对藻类的可能致毒机理。
1 纳米材料对藻类致毒机理的研究
1.1 对生长的影响
微藻生长情况主要体现于细胞数目的变化。研究人员使用纳米TiO2对蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）进行毒性效应实验发现100 mg/L的纳米TiO2使小球藻细胞数下降53.03%。根据研究报道纳米CuO对莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的毒性效应，发现随着纳米CuO浓度的升高，96 h时生物量由对照组的1705.25个/mL下降至382.41个/mL。
1.2 遮蔽效应
光合作用是藻类赖以生存的关键机制，它经常被用于研究藻类与污染物的相互作用中。光合作用受到影响的原因主要有两点：捕获的光能减少，或光系统II（photosystem II， PSII）受到损伤。文献表明，MO-NPs的遮光效应使得光系统II的功能光学截面减少。同时，3种微藻亚心形扁藻（Platymonas subcordiforus）、旋链角毛藻（Chaetoceros curvisetus）和中肋骨条藻（Skeletonema costatum）的生长抑制与纳米氧化钴的遮荫效应相关。同时，也有研究表明MO-NPs对藻细胞不存在遮蔽效应，用TiO2遮挡斜生栅藻（Scenedesmus obliquus），发现藻类的生长并未受到抑制。
1.3 金属离子释放
有学者认为MO-NPs对藻类的毒性主要由溶液中释放出的金属离子造成的，有研究表明纳米ZnO对羊角月牙藻（Selenastrum capricornutum）的毒性主要来自溶解的Zn2+。也有研究者认为金属离子释放并非是主要致毒机理，在纳米ZnO、ZnO、ZnSO4对四爿藻（Tetraselmis suecica）和三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的毒性效应研究中，发现纳米ZnO对两种藻毒性高于ZnO和ZnSO4，说明除了金属离子的作用外，纳米ZnO可能存在其他毒性机制。有学者研究了纳米ZnO、ZnO、ZnCl2对大型蚤（Daphnia magna）和普通小球藻（Chlorella vulgaris）的毒性效应，发现ZnCl2使大型蚤和普通小球藻的死亡率达到75%和63%，而纳米ZnO、ZnO处理未发现大型蚤的死亡，说明金属离子可能不是MO-NPs致毒的主要机制。
1.4 氧化损伤
MO-NPs毒性研究最多的是氧化应激，它是一种较为公认的致毒机制。ROS主要包括H2O2、O2-？、？OH等，当细胞内产生少量ROS时，细胞内抗氧化酶系统会清除ROS使细胞免受损伤;ROS浓度升高或未被及时清除会导致其与细胞的生物分子产生相互作用，导致具有毒性和诱变作用的终产物合成。如纳米Ag会诱导ROS的产生，从而导致纳米Ag对莱茵衣藻的毒性。
1.5 细胞壁、细胞膜损伤
ROS的产生会引起较大的细胞损伤，比如膜流動性丧失和不饱和脂质氧化。微藻的结构变化可通过TEM观察到，如有科研人员观察到纳米ZnO使羊角月牙藻细胞壁变形。纳米材料也可能通过间接方式损伤藻类细胞膜与细胞壁，通过SEM观察到由纳米TiO2光催化作用引起莱茵衣藻细胞膜和细胞壁官能团的过氧化。
1.6 吸收性
MO-NPs可能会穿过细胞壁和细胞膜进入藻类细胞，对细胞造成损伤。多项研究发现MO-NPs进入到藻细胞细胞质中。在中肋骨条藻细胞内发现纳米TiO2，在中肋骨条藻细胞中发现纳米ZnO，这些MO-NPs对藻类生长造成不良影响。
2 展望
水环境中存在着各种环境因子，可能对MO-NPs的毒性机理产生一定变化，今后的研究要从与环境因子共同作用来开展。
参考文献：
[1] 王崔平. 2007. 活性氧自由基的检测及其清除研究. [硕士学位论文]. 北京：首都师范大学.
[2]范功端，陈薇，郑小梅，彭慧萍. 2018. 纳米材料对藻细胞毒性效应及致毒机理. 生态毒理学报. 13（02）： 23-33.
[3] 齐金秋. 2016. 纳米氧化铜对莱茵衣藻的胁迫效应研究. [硕士学位论文]. 泰安：山东农业大学.
作者简介：
王政润（1995-），男，硕士在读，主要从事环境毒理学方面的研究.
基金项目：天津市水产产业技术体系尾水处理岗位（ITTFR2018047）;省部级重点实验室开放基金课题：不同营养条件下两种典型纳米颗粒对小球藻的毒性效应及机制研究.
关键词：纳米金属氧化物;藻;毒性机理
中图分类号： 文献标识码：A
纳米材料指三维中至少一个维度在1～100 nm之间的天然或人造材料。与常规尺寸材料相比，纳米尺寸的材料具有独特的物理、化学性质。这其中纳米金属氧化物（metallic oxide nanoparticles，MO-NPs）具有优良的电导率和热导率，使其在不同的领域都得到广泛应用。
微藻是一类处于食物链最低营养级的自养生物，是海洋初级生产力的重要组成部分。许多生态毒理学研究都使用微藻作为实验模型，它们可能受到各种污染的强烈影响。MO-NPs大量使用中会不可避免地在自然环境中迁移转化，最终进入海洋，使近海区域成为纳米材料的“汇”，从而对海洋生态系统以及海洋生物产生影响。本文综述了MO-NPs对藻类的可能致毒机理。
1 纳米材料对藻类致毒机理的研究
1.1 对生长的影响
微藻生长情况主要体现于细胞数目的变化。研究人员使用纳米TiO2对蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）进行毒性效应实验发现100 mg/L的纳米TiO2使小球藻细胞数下降53.03%。根据研究报道纳米CuO对莱茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的毒性效应，发现随着纳米CuO浓度的升高，96 h时生物量由对照组的1705.25个/mL下降至382.41个/mL。
1.2 遮蔽效应
光合作用是藻类赖以生存的关键机制，它经常被用于研究藻类与污染物的相互作用中。光合作用受到影响的原因主要有两点：捕获的光能减少，或光系统II（photosystem II， PSII）受到损伤。文献表明，MO-NPs的遮光效应使得光系统II的功能光学截面减少。同时，3种微藻亚心形扁藻（Platymonas subcordiforus）、旋链角毛藻（Chaetoceros curvisetus）和中肋骨条藻（Skeletonema costatum）的生长抑制与纳米氧化钴的遮荫效应相关。同时，也有研究表明MO-NPs对藻细胞不存在遮蔽效应，用TiO2遮挡斜生栅藻（Scenedesmus obliquus），发现藻类的生长并未受到抑制。
1.3 金属离子释放
有学者认为MO-NPs对藻类的毒性主要由溶液中释放出的金属离子造成的，有研究表明纳米ZnO对羊角月牙藻（Selenastrum capricornutum）的毒性主要来自溶解的Zn2+。也有研究者认为金属离子释放并非是主要致毒机理，在纳米ZnO、ZnO、ZnSO4对四爿藻（Tetraselmis suecica）和三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的毒性效应研究中，发现纳米ZnO对两种藻毒性高于ZnO和ZnSO4，说明除了金属离子的作用外，纳米ZnO可能存在其他毒性机制。有学者研究了纳米ZnO、ZnO、ZnCl2对大型蚤（Daphnia magna）和普通小球藻（Chlorella vulgaris）的毒性效应，发现ZnCl2使大型蚤和普通小球藻的死亡率达到75%和63%，而纳米ZnO、ZnO处理未发现大型蚤的死亡，说明金属离子可能不是MO-NPs致毒的主要机制。
1.4 氧化损伤
MO-NPs毒性研究最多的是氧化应激，它是一种较为公认的致毒机制。ROS主要包括H2O2、O2-？、？OH等，当细胞内产生少量ROS时，细胞内抗氧化酶系统会清除ROS使细胞免受损伤;ROS浓度升高或未被及时清除会导致其与细胞的生物分子产生相互作用，导致具有毒性和诱变作用的终产物合成。如纳米Ag会诱导ROS的产生，从而导致纳米Ag对莱茵衣藻的毒性。
1.5 细胞壁、细胞膜损伤
ROS的产生会引起较大的细胞损伤，比如膜流動性丧失和不饱和脂质氧化。微藻的结构变化可通过TEM观察到，如有科研人员观察到纳米ZnO使羊角月牙藻细胞壁变形。纳米材料也可能通过间接方式损伤藻类细胞膜与细胞壁，通过SEM观察到由纳米TiO2光催化作用引起莱茵衣藻细胞膜和细胞壁官能团的过氧化。
1.6 吸收性
MO-NPs可能会穿过细胞壁和细胞膜进入藻类细胞，对细胞造成损伤。多项研究发现MO-NPs进入到藻细胞细胞质中。在中肋骨条藻细胞内发现纳米TiO2，在中肋骨条藻细胞中发现纳米ZnO，这些MO-NPs对藻类生长造成不良影响。
2 展望
水环境中存在着各种环境因子，可能对MO-NPs的毒性机理产生一定变化，今后的研究要从与环境因子共同作用来开展。
参考文献：
[1] 王崔平. 2007. 活性氧自由基的检测及其清除研究. [硕士学位论文]. 北京：首都师范大学.
[2]范功端，陈薇，郑小梅，彭慧萍. 2018. 纳米材料对藻细胞毒性效应及致毒机理. 生态毒理学报. 13（02）： 23-33.
[3] 齐金秋. 2016. 纳米氧化铜对莱茵衣藻的胁迫效应研究. [硕士学位论文]. 泰安：山东农业大学.
作者简介：
王政润（1995-），男，硕士在读，主要从事环境毒理学方面的研究.
基金项目：天津市水产产业技术体系尾水处理岗位（ITTFR2018047）;省部级重点实验室开放基金课题：不同营养条件下两种典型纳米颗粒对小球藻的毒性效应及机制研究.