納米銀對念珠藻的毒性效應(yīng)及其機理研究.pdf

1、納米銀（AgNPs）是目前國內(nèi)外生產(chǎn)和使用量最大的納米材料之一，由于AgNPs具有多種優(yōu)越的性能，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生和環(huán)境保護等領(lǐng)域。AgNPs可能在產(chǎn)品生產(chǎn)、使用和回收等環(huán)節(jié)中通過多種途徑進入到水體環(huán)境中，對水生生態(tài)系統(tǒng)中的非靶標(biāo)生物造成潛在威脅。關(guān)于 AgNPs對一些微藻和微型水生動物的毒性已經(jīng)有很多的報道，但是關(guān)于 AgNPs對具有重要生態(tài)功能的絲狀固氮藍藻影響的研究鮮有報道。同時，關(guān)于AgNPs對微型藻類的毒性效應(yīng)機

2、理存在爭議。因此，本論文選用念珠藻（Nostoc sp.）為實驗材料，研究用檸檬酸鈉還原法制備的AgNPs和銀離子（Ag+）對念珠藻的急性和亞急性毒性效應(yīng)，試圖從藻形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理、生化改變等角度揭示AgNPs對絲狀固氮藍藻-念珠藻的致毒機理。主要研究結(jié)果如下：
　　急性毒性實驗（4d）中，在0~48h內(nèi)，AgNPs和Ag+處理后，培養(yǎng)液中溶解態(tài)銀濃度均逐漸下降并趨于平衡。AgNPs處理的小顆粒銀濃度在0~6h內(nèi)急劇下降，但在24h

3、后趨于穩(wěn)定。Ag+處理的小顆粒銀濃度在0~12h內(nèi)幾乎沒有變化，但到12h后顯著升高到24h達到最高。顯微觀察發(fā)現(xiàn)高濃度的AgNPs和Ag+均可引起細胞收縮、質(zhì)壁分離、胞內(nèi)物質(zhì)紊亂和細胞壁裂解等現(xiàn)象，AgNPs處理后疑似有銀顆粒進入了細胞內(nèi)部。所有濃度AgNPs和Ag+處理4d后的念珠藻干重、Chla含量、藻體TC含量、藻體碳/氮比和固氮酶活性均顯著低于 CK，而藻體總氮含量（TN）均顯著高于對照。AgNPs處理后，培養(yǎng)液中碳/氮比均顯

4、著高于CK，而0.04 mg·L-1 Ag+處理組碳氮比（C/N）低于CK，但0.06 mg·L-1 Ag+處理則與CK比無顯著差異。Ag+處理4d后，藻葉綠素?zé)晒鈪?shù)值Fm、Fv/Fm、Ψ0、ΦE0和PIABS均顯著低于CK，而ΦD0、ABS/RC、TR0/RC和DI0/RC均顯著高于CK，特別是ABS/RC和DI0/RC增加了97％和126%。但0.6 mg·L-1 AgNPs處理僅F0、Fm和ΦD0顯著降低，而Fv/Fm、Ψ0、Φ

5、E0和PIABS顯著升高。同時，0.4 mg·L-1 AgNPs處理所有參數(shù)均與CK無顯著差異。說明短期作用后，Ag+和AgNPs均對藻產(chǎn)生脅迫作用，但AgNPs對藻光合系統(tǒng)II的影響比Ag+小。
　　亞急性毒性實驗（9d）中，僅高濃度AgNPs和Ag+處理使念珠藻干重和Chla含量顯著低于 CK。Ag+處理均使藻體 C/N顯著降低，但 AgNPs處理無影響。0.6 mg·L-1 AgNPs處理使培養(yǎng)液中C/N、藻體可溶性蛋白和藻

6、膽蛋白含量顯著高于CK，其余處理組無顯著變化。Ag+顯著降低念珠藻固氮酶活性，AgNPs則對固氮酶活性無顯著影響。處理9d后藻細胞蛋白二維電泳記錄到超過200個差異蛋白點，選擇與CK表達差異超過2.5倍以上的132個點進行了蛋白定性，只匹配到51蛋白質(zhì)，扣除12個重復(fù)的蛋白，總共定性差異蛋白39個。當(dāng)0.06 mg·L-1 Ag+處理后，藻細胞中26個蛋白顯著上調(diào)，但6種蛋白的表達下調(diào)，而0.6 mg·L-1 AgNPs處理時，22個蛋

7、白顯著上調(diào)，3個顯著下調(diào)。對兩種形態(tài)銀處理，上調(diào)蛋白中有相同蛋白10個，下調(diào)蛋白中有1個相同，但唯有一種在光合作用的卡爾文循環(huán)中起關(guān)鍵作用蛋白-轉(zhuǎn)酮醇酶在AgNPs處理時顯著上調(diào)，Ag+處理時顯著下調(diào)。同時，Ag+處理抑制固氮酶表達，但AgNPs處理沒有變化，這與前述乙炔還原法測定到固氮酶活性結(jié)果一致。AgNPs處理時別藻藍蛋白上調(diào)，但Ag+處理未發(fā)現(xiàn)變化，這與光度法測得結(jié)果一致。另外，Ag+使微藻抗氧化的重要酶類－超氧化物歧化酶上調(diào)，

8、但是AgNPs處理沒有這種變化。Ag+處理9d后，藻葉綠素?zé)晒鈪?shù)值F0、Fm、Fv/Fm、Ψ0、ΦE0、PIABS和ET0/RC均顯著高于對照，但ΦD0、VJ、ABS/RC、TR0/RC和DI0/RC值均顯著低于CK，特別是ABS/RC和DI0/RC兩個參數(shù)值分別降低超過70%。但對于AgNPs，僅0.4 mg·L-1和0.6 mg·L-1處理F0值和0.6 mg·L-1處理Fm值顯著高于CK以外，其他參數(shù)均與CK無顯著差異。這與急性

9、實驗的參數(shù)值變化趨勢幾乎完全相反。上述結(jié)果說明AgNPs和Ag+對念珠藻細胞光合作用、固氮作用、蛋白合成的影響存在明顯差異。另外，實驗結(jié)果表明隨AgNPs和Ag+濃度的增加，藻體銀含量增加，0.6 mg·L-1 AgNPs處理時藻到富集量最大，且同種處理方式下藻體銀含量在第9d的含量均低于第4d。
　　結(jié)合上述生長和生理生化數(shù)據(jù)，說明念珠藻在短期受到高濃度AgNPs和Ag+的毒害比較嚴(yán)重，但從處理9d后的生理生化指標(biāo)變化的結(jié)果來看