纳米颗粒物与抗生素的环境地球化学行为及生物效应研究

Nanoparticles (NPs) and antibiotics bring a great benefit to human. But, they enter the aquatic phase due to over-product and use to cause the joint pollution. Then,their geochemical behavior change due to the interaction between NPs and antibiotics,meanwhile, the joint pollution would greatly threaten the biological safety. Therefore, the first subject is to research the interaction mechanism of different types of NPs and antibiotics, and understand the influence of dissolved organic matter,ionic strength and pH on the status of NPs and antibiotics in aquatic phase. Moreover, we understand the regulation mechanisms. This will be greatly significant for geochemical processes of NPs and antibiotics. Furthermore, we will use microscopic analysis, biochemical analysis and genetic damage to elucidate the toxic effect and mechanism of NPs, antibiotics and their joint systems on algea, bacteria and fungi. At the same time, the effect of hydrochemical parameters should be analyzed. In addition, the role which antibiotics resistance genes play in interaction processes between orgnisms and NPs and antibiotics will be determined. Finally, we will elucidate the biodiversity and change rule of community structure with exposure to NPs and antibiotics in aquatic phase. These researches will supply the theoretical basis to evaluate the environmental geochemical behavior and safety risk of NPs and antibiotics.

纳米颗粒物（NPs）和抗生素在给人类社会带来巨大利益的同时，其过度生产和使用必会干扰水体环境，对水体生物构成严重危害，同时两者的复合污染也会改变彼此的环境地球化学行为。为此，本项目首先研究不同类型NPs与抗生素的作用机制，探索溶解性有机质、离子强度及pH等水化学条件对NPs和抗生素环境赋存状态的影响，进而了解水化学条件在NPs与抗生素作用过程中的调控机制，该研究将对NPs与抗生素的环境地球化学过程产生深远影响。在此基础上，利用显微分析、生化分析及基因损伤分析等技术手段从多层次上揭示NPs、抗生素及其复合体系对水体中典型藻类、细菌和真菌的致毒机制，认识水化学条件对其的影响。同时，明确抗生素抗性基因在NPs和抗生素的复合体与生物体作用过程中的行为特征，揭示NPs和抗生素联合作用下的水体微生物多样性并探索群落结构的演替规律，为客观评价NPs和抗生素的环境地球化学行为和环境风险提供理论依据。

随着纳米科技的应用与发展，碳纳米材料（CNMs）和纳米银颗粒在生产和使用过程中不可避免的进入到环境当中与环境中其他物质相互作用，危害人体健康。因此本项目对纳米材料与抗生素的环境行为展开研究。本项目的研究成果在Carbon、Journal of Hazardous Materials等期刊上发了7篇文章。资助项目执行期间培养4名研究生，参加环境地球化学相关学术会议共计20人次。具体研究成果如下：. 1、发现含氧官能团抑制了氧化石墨烯（GO）对SMX吸附。利用核磁共振技术证实多环芳烃中的羧酸和羟基减弱了SMX与多环芳烃之间的π-π作用。另外，还发现随着腐殖酸的浓度的增加，rGO和MWCNT10的形貌从线性变分散。. 2、研究发现胃蛋白酶通过竞争吸附位点使GO和rGO吸附CIP的能力降低，而蒙脱石释放的Si在GO和rGO上形成水合Si物质从而增强了对CIP的吸附。在模拟肠液中GO和rGO继续吸附CIP，而吸附的CIP通过静电排斥从蒙脱石释放到溶液中。. 3、为了评价单壁碳纳米管与多壁碳纳米管在重金属复合作用下对环境微生物的多样性的影响程度，通过DGGE和RT-PCR等分子生物学技术从基因水平生阐明了不同类型纳米材料对环境微生物多样性的影响程度（图10和图11），研究结果表明碳纳米材料与重金属复合作用下产生的毒理较强，对微生物群落的演替更替具有明显的抑制作用。并通过基因条带测序的技术测定了具有强耐受性环境微生物的种属。. 4、发现在水培溶液中，10 mg C/L的SRHA与Ag+ 的结合能力强于FA，SRHA使AgNP的溶解量下降至0.75mg/L，稳定性增加。SRHA及FA上的C-O、C-H、C-O-C及Me-OH官能团能够参与NOM与AgNP相互络合作用。Ag(0)能够进入小麦幼苗的根细胞，抑制小麦生长，SRHA及FA缓解了体内Ag(0)富集量，根部富集量下降30%。. 5、同时还研究了磺胺嘧啶的光降解转化机制，并合成材料g-C3N4(5.0wt%)/Ag/γ-FeOOH提高了光的利用率，有效催化了SD光解，最佳作用浓度为2mg/L，在此条件下，催化速率提高了258.75%。. 本项目研究结果有助于了解纳米材料与抗生素的环境行为及生物效应，为研究抗生素的环境生物化学行为提供基础性数据支撑。.