氧化石墨烯對(duì)4種微藻的致毒效應(yīng)研究.pdf

1、氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)作為石墨烯的重要衍生物之一，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，獨(dú)特的2D形狀和物理化學(xué)特性更是在生物醫(yī)學(xué)研究中存在巨大潛力。然而，隨著納米技術(shù)的迅速發(fā)展及使用量的不斷增加，GO等納米材料將會(huì)給生物體和自然界帶來難以預(yù)測的安全隱患。微藻作為水生生態(tài)系統(tǒng)中的初級(jí)生產(chǎn)者，其多樣性和產(chǎn)量的改變能夠直接影響系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。微藻生長抑制、抗氧化防御系統(tǒng)中各類酶活性的改變以及細(xì)胞損傷情況等方面已被廣泛應(yīng)用于多種納米材料如

2、Ag-NP、PbS-NP和碳納米管CNTs等的毒性研究中。目前關(guān)于GO的毒性報(bào)道主要集中在細(xì)菌、哺乳動(dòng)物細(xì)胞等方面，而關(guān)于GO對(duì)水生植物的毒性研究數(shù)量還極其有限。
　　本研究選用2種海水微藻——鹽生杜氏藻(Dunaliella salina)、海水微綠球藻（Nannochloropsis oceanic），以及2種淡水微藻——斜生柵藻（Scenedesmus obliquus）、淡水微綠球藻（N.limnetica）作為受試生物，

3、通過配制不同GO濃度的培養(yǎng)液對(duì)4種微藻進(jìn)行急性毒性研究，觀察GO脅迫下微藻生長曲線的變化，計(jì)算72h EC50值，并對(duì)GO進(jìn)行毒性分級(jí)，同時(shí)測定微藻體內(nèi)生理生化指標(biāo)（谷胱甘肽GSH及其相關(guān)酶，丙二醛MDA，光合色素）和生物活性物質(zhì)（總蛋白質(zhì)、碳水化合物、總脂）含量或活性對(duì)GO毒性效應(yīng)的響應(yīng);探討溫度、鹽度、pH等3種環(huán)境因子對(duì)GO毒性的影響;最后，通過多組驗(yàn)證試驗(yàn)對(duì)GO的致毒機(jī)制進(jìn)行討論。主要得到以下結(jié)論:
　　(1) GO對(duì)微藻

4、造成顯著毒性效應(yīng)，主要表現(xiàn)為:
　?、貵O對(duì)4種受試微藻均具有明顯的生長抑制作用，其中，鹽生杜氏藻的72hEC50值最低(13.04 mg/L)，海水微綠球藻、斜生柵藻和淡水微綠球藻對(duì)GO的72h EC50值分別為79.10、25.63、48.44 mg/L;根據(jù)水體中急性毒性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，GO對(duì)受試微藻的毒性強(qiáng)度屬于輕毒;
　?、诒┞队贕O后，微藻的谷胱甘肽系統(tǒng)出現(xiàn)明顯變化，表現(xiàn)為:10mg/L、100mg/L GO處理組中G

5、Px活力和GSH含量的降低以及100mg/L GO對(duì)GR、GST活性的誘導(dǎo);
　　③GO能夠誘導(dǎo)氧化脅迫造成微藻細(xì)胞的膜脂質(zhì)過氧化，高濃度GO(100mg/L)暴露下的4種微藻的MDA含量均顯著升高，分別高于對(duì)照組18.03、10.88、4.48、15.06倍;
　?、艿蜐舛?10mg/L) GO對(duì)藻細(xì)胞產(chǎn)生一定刺激作用，促進(jìn)光合色素(Chla，Chlb，Car)合成，光合作用增強(qiáng);當(dāng)GO濃度達(dá)100mg/L時(shí)，超出藻細(xì)胞的

6、自我調(diào)節(jié)能力，光合色素分子受損或合成代謝受阻，導(dǎo)致含量降低;
　?、莞摺⒌蜐舛鹊腉O暴露均能顯著增加藻細(xì)胞蛋白質(zhì)和總脂含量;低濃度(10mg/L) GO還能刺激藻細(xì)胞內(nèi)碳水化合物的合成。
　　(2)3種環(huán)境因子（溫度、鹽度、pH）均對(duì)GO的毒性效應(yīng)產(chǎn)生顯著影響:
　?、俑邷貤l件通過改變GO穩(wěn)定性，促進(jìn)GO團(tuán)聚，降低GO對(duì)微藻的毒性作用，32℃時(shí)100mg/L GO中2種微藻細(xì)胞密度分別達(dá)到11℃時(shí)的1.59和2.69倍

7、;
　?、诟啕}度下GO自身聚合嚴(yán)重，對(duì)鹽生杜氏藻的毒性作用降低，藻細(xì)胞密度和生物量最大值出現(xiàn)在鹽度為50時(shí)，比鹽度為10時(shí)分別增加2.64倍和1.97倍;
　?、鄣蚿H條件（接近pHpzc）既能夠促進(jìn)GO團(tuán)聚，又促使生成分形維數(shù)大、易于沉降的聚合物，因此，隨著pH值(6.5-8.5)的降低，GO對(duì)斜生柵藻的毒性作用逐漸降低。由于海水中離子成分復(fù)雜，以及pH對(duì)鹽生杜氏藻的影響，在pH=7.5時(shí)GO毒性作用最低。
　　(3

8、)低濃度(10mg/L)和高濃度(100mg/L) GO對(duì)微藻的毒性作用均與其遮蔽效應(yīng)有關(guān)，高濃度下這種遮蔽作用對(duì)微藻生長的抑制更大，100mg/L GO中鹽生杜氏藻在光照和黑暗下生長抑制率分別為84％和23％; GO浸提液中Mn、Zn等金屬雜質(zhì)并不會(huì)對(duì)微藻生長產(chǎn)生抑制作用;GO能夠吸附在藻細(xì)胞表面，影響微藻的光吸收過程，并通過與細(xì)胞表面的相互作用破壞細(xì)胞完整性;GO能夠進(jìn)入細(xì)胞壁和質(zhì)膜間隙，并誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生嚴(yán)重?fù)p傷和改變，包括細(xì)胞壁或細(xì)