三种氧化纳米材料对嗜热四膜虫的毒理效应

论文摘要

纳米材料被广泛应用于工业与医疗等各个领域。伴随着纳米材料的大量使用,不可避免地导致纳米材料通过直接排放与间接传递进入生态系统。在纳米尺寸范围内,纳米材料与传统材料相比具有较大的比表面积和表面活性,这可能导致纳米材料生物利用度和毒性增加。嗜热四膜虫是一种水生单细胞真核生物,因其具有超高环境敏感性被作为水体环境毒理学中的模式生物。本研究探讨了纳米二氧化钛（n-TiO2）、纳米二氧化硅（n-SiO2）和纳米氧化锌（n-ZnO）三种常见氧化纳米材料对嗜热四膜虫的毒理作用。获得的主要结果如下:1.n-TiO2、n-SiO2和n-ZnO三种纳米材料对嗜热四膜虫的效应浓度浓度分别为10μg/mL、100μg/mL和50μg/mL,在剂量超过效应浓度后会对细胞活力、增殖、超氧化物歧化酶活力和过氧化氢酶活力产生生物胁迫作用,呈剂量—效应关系。嗜热四膜虫在24 h对n-SiO2的半抑制浓度是n-TiO2的1.74倍,是n-ZnO的5.83倍。在24 h浓度相同的情况下,纳米材料毒性大小为n-ZnO>n-TiO2>n-SiO2。其中n-ZnO在水体环境中呈现溶解产生Zn2+的离子毒性与n-ZnO颗粒本体毒性的双重毒性。2.n-TiO2、n-SiO2和n-ZnO三种纳米材料的联合效应都会抑制嗜热四膜虫增殖。n-TiO2和n-SiO2、n-TiO2和n-SiO2联合作用具有剂量和时间依赖关系,嗜热四膜虫抑制率与纳米材料总剂量、暴露时间呈正相关。n-TiO2和n-ZnO在24 h联合作用,10μg/mL的n-TiO2会降低2.04%10.81%的嗜热四膜虫抑制率,对n-ZnO产生的毒性具有拮抗作用。随着n-TiO2浓度的增加,在50和100μg/mL浓度下与n-ZnO毒性叠加,具有剂量依赖关系。n-TiO2和n-ZnO在36 h时表现为拮抗作用,n-TiO2会减少n-ZnO毒性。n-TiO2可以通过吸附n-ZnO溶解产生的Zn2+,在100μg/mL浓度下降低了水体中Zn2+浓度14.3%19.4%,从而减少了对嗜热四膜虫产生的毒性。纳米材料的联合作用也会增强细胞的氧化胁迫,导致超氧化物歧化酶、过氧化氢酶活力增加。3.在n-TiO2、n-SiO2和n-ZnO三种纳米材料100μg/mL浓度暴露下,嗜热四膜虫中维持细胞活力的ATP2表达水平下调。24 h与野生型对照组相比ATP2表达量分别为0.39倍、0.8倍和0.26倍,36 h与野生型对照组相比ATP2表达量分别为0.55倍、0.57倍和0.16倍。应激反应相关基因HSP70、SOD2和CAT表达水平上调。其中具有离子毒性的n-ZnO对细胞影响最大,36 h三种基因表达量分别是n-TiO2的1.31倍、1.88倍和2.67倍,是n-SiO2的1.41倍、1.88和2.67倍。纳米材料的生物胁迫作用会导致四膜虫细胞活力下降,细胞应激反应激活。不同的纳米材料具有不同的生物学效应。本研究为分析纳米材料的使用风险,对水生态环境的安全评估提供了新的数据,也为将嗜热四膜虫开发为纳米材料水体毒性生物传感器奠定基础。

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ABSTRACT

第一章文献综述

1.1 纳米材料的环境风险

1.2 氧化纳米材料的毒性机制

1.3 模式生物嗜热四膜虫

1.4 本课题研究的意义

第二章不同纳米材料对嗜热四膜虫的胁迫影响比较

2.1 前言

2.2 材料

2.2.1 实验菌株

2.2.2 纳米材料

2.2.3 实验试剂

2.2.4 实验仪器

2.2.5 主要试剂配制

2.3 方法

2.3.1 纳米材料表征

2.3.2 嗜热四膜虫的培养

2.3.3 嗜热四膜虫浓度的计算

2.3.4 嗜热四膜虫细胞形态观察

2.3.5 单一纳米材料暴露毒理实验

2.3.6 单一纳米材料的半抑制浓度测定

2+毒性对比'> 2.3.7 n-ZnO与 Zn²⁺毒性对比

2.3.8 细胞蛋白提取

2.3.9 蛋白浓度测定

2.3.10 超氧化物歧化酶的测定

2.3.11 过氧化氢酶的测定

2.3.12 数据处理及分析

2.4 结果

2.4.1 纳米材料表征结果

2.4.2 纳米材料对嗜热四膜虫形态的影响

2.4.3 纳米材料对嗜热四膜虫增殖的影响

2.4.4 测定三种纳米材料24h时IC50

2+毒性比较'> 2.4.5 n-ZnO与 Zn²⁺毒性比较

2.4.6 纳米材料暴露对超氧化物歧化酶活力的影响

2.4.7 纳米材料暴露对过氧化氢酶活力的影响

2.5 讨论

第三章不同纳米材料联合作用对嗜热四膜虫的胁迫影响

3.1 前言

3.2 材料

3.3 方法

3.3.1 嗜热四膜虫的培养

2与n-SiO₂联合作用实验'> 3.3.2 n-TiO₂与n-SiO₂联合作用实验

2与n-ZnO联合作用实验'> 3.3.3 n-TiO₂与n-ZnO联合作用实验

2与n-ZnO联合作用实验'> 3.3.4 n-SiO₂与n-ZnO联合作用实验

2与n-ZnO联合作用时n-ZnO溶解度'> 3.3.5 测量n-TiO₂与n-ZnO联合作用时n-ZnO溶解度

3.4 结果

2与n-SiO₂联合作用对嗜热四膜虫增殖的影响'> 3.4.1 n-TiO₂与n-SiO₂联合作用对嗜热四膜虫增殖的影响

2与n-ZnO联合作用对嗜热四膜虫增殖的影响'> 3.4.2 n-TiO₂与n-ZnO联合作用对嗜热四膜虫增殖的影响

2与n-ZnO联合作用对嗜热四膜虫增殖的影响'> 3.4.3 n-SiO₂与n-ZnO联合作用对嗜热四膜虫增殖的影响

2与n-ZnO联合作用对n-ZnO溶解度的影响'> 3.4.4 n-TiO₂与n-ZnO联合作用对n-ZnO溶解度的影响

3.4.5 纳米材料联合作用对超氧化物歧化酶活力的影响

3.4.6 纳米材料联合作用对过氧化氢酶活力的影响

3.5 讨论

第四章纳米材料胁迫下嗜热四膜虫相关基因的表达

4.1 前言

4.2 材料

4.2.1 实验菌株

4.2.2 纳米材料

4.2.3 实验试剂

4.2.4 实验仪器

4.2.5 主要试剂配制

4.3 方法

4.3.1 嗜热四膜虫的培养

4.3.2 嗜热四膜虫mRNA的提取

4.3.3 反转录c DNA

4.3.4 Real time PCR引物设计

4.3.5 基因表达分析

4.4 结果

4.4.1 纳米材料对ATP2 基因表达的影响

4.4.2 纳米材料对HSP70 基因表达的影响

4.4.3 纳米材料对SOD2 基因表达的影响

4.4.4 纳米材料对CAT基因表达的影响

4.5 讨论

总结与展望

参考文献

附录

致谢

个人简况及联系方式

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马江波

导师: 许静,郭尚

关键词: 纳米二氧化钛,纳米二氧化硅,纳米氧化锌,嗜热四膜虫,生物毒性

来源: 山西大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 生物学,环境科学与资源利用

单位: 山西大学

分类号: X171.5

DOI: 10.27284/d.cnki.gsxiu.2019.000723

总页数: 64

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