腐殖酸对纳米颗粒的藻类毒性效应影响及机理

随着纳米科技快速发展，越来越多的人造纳米颗粒进入水环境。一些纳米颗粒已被证实对水生生物具有毒性，但对致毒机理尚存争议，且绝大部分纳米颗粒毒性研究忽略了实际水环境的复杂性及对毒性的可能影响。水中广泛存在的天然有机质(NOM)必然会与排入的纳米颗粒相互作用，影响其物理化学性质/行为和毒性效应。本项目拟以小球藻为水生生物代表，以腐殖酸为NOM代表，在探明典型纳米颗粒藻类毒性效应及机理的基础上，重点研究腐殖酸对纳米颗粒的藻类毒性效应的影响，通过解析腐殖酸对培养液中纳米颗粒分散/团聚、释放有毒离子、产生活性氧物质、吸附有效营养成分、对藻类的遮光和接触氧化作用等的影响，阐释其影响纳米颗粒的藻类毒性效应的机理，并分析实际地表水中NOM含量变化对纳米颗粒的藻类毒性效应影响。研究结果将有助增进了解实际水环境中纳米颗粒对水生生物的毒性效应及机制，为制订其水环境标准和生产环境友好型纳米材料提供科学数据。

针对纳米颗粒环境行为与生态效应这一国际环境科学研究前沿，本项目以典型氧化物纳米颗粒和纳米碳管为研究对象，以小球藻为测试水生生物，在探明纳米颗粒藻类毒性效应及机理的基础上，重点阐明了腐殖酸对纳米颗粒藻类毒性效应的影响及机理，分析了实际地表水水质对纳米颗粒藻类毒性效应的影响，取得了一些有价值的研究成果，为评估纳米颗粒环境风险提供了有价值的科学数据。.　　1. 探明了典型氧化物纳米颗粒和纳米碳管（CNTs）的藻类毒性效应及机理。发现CNTs、ZnO、锐钛矿TiO2对小球藻的生长具有显著抑制作用，体现出纳米毒性效应；CNTs对小球藻的毒性主要来自于遮光效应、接触物理损伤和氧化损伤三种致毒机理的共同作用。.　　2. 揭示了溶解态和结合态有机质对纳米颗粒藻类毒性的影响及作用机制。发现溶解性有机质（DOM）对CNTs藻类毒性的影响取决于有机质的种类，腐殖酸能显著降低毒性，而两种表面活性剂则增强毒性；溶解态腐殖酸能吸附在纳米颗粒上，抑制其接触藻细胞，从而减轻氧化损伤和毒性效应。结合态腐殖酸能显著增加TiO2纳米颗粒表面的电负性，从而抑制其接触团聚、破坏并进入藻细胞，缓解其对藻细胞的氧化损伤，腐殖酸负载量越大，纳米TiO2-腐殖酸复合体的藻类毒性越低。.　　3. 发现实际地表水水质对纳米颗粒的藻类毒性存在显著影响，毒性效应取决于水质与纳米颗粒性质，且明显不同于在超纯水中的毒性试验结果。DOM、离子强度等水质指标能通过影响水中纳米颗粒的电性、分散团聚性能、溶解性及与藻细胞的接触团聚作用等影响纳米颗粒的藻类毒性效应。.　　本项目已按照预定研究计划完成各项研究内容，实现了预定研究目标，在国内外重要刊物上共发表13篇SCI论文；授权1项国家发明专利；5人次在国内外学术会议上做相关报告；培养9名研究生，已毕业6名。