氧化石墨烯對4種微藻的致毒效應研究.pdf

1、氧化石墨烯(Graphene oxide，GO)作為石墨烯的重要衍生物之一，其應用領域廣泛，獨特的2D形狀和物理化學特性更是在生物醫(yī)學研究中存在巨大潛力。然而，隨著納米技術的迅速發(fā)展及使用量的不斷增加，GO等納米材料將會給生物體和自然界帶來難以預測的安全隱患。微藻作為水生生態(tài)系統(tǒng)中的初級生產(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。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胞損傷情況等方面已被廣泛應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。目前關于GO的毒性報道主要集中在細菌、哺乳動物細胞等方面，而關于GO對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4種微藻進行急性毒性研究，觀察GO脅迫下微藻生長曲線的變化，計算72h EC50值，并對GO進行毒性分級，同時測定微藻體內(nèi)生理生化指標（谷胱甘肽GSH及其相關酶，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GO毒性效應的響應;探討溫度、鹽度、pH等3種環(huán)境因子對GO毒性的影響;最后，通過多組驗證試驗對GO的致毒機制進行討論。主要得到以下結(jié)論:
　　(1) GO對微藻

4、造成顯著毒性效應，主要表現(xiàn)為:
　?、貵O對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標準，GO對受試微藻的毒性強度屬于輕毒;
　?、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GR、GST活性的誘導;
　?、跥O能夠誘導氧化脅迫造成微藻細胞的膜脂質(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，分別高于對照組18.03、10.88、4.48、15.06倍;
　?、艿蜐舛?10mg/L) GO對藻細胞產(chǎn)生一定刺激作用，促進光合色素(Chla，Chlb，Car)合成，光合作用增強;當GO濃度達100mg/L時，超出藻細胞的

6、自我調(diào)節(jié)能力，光合色素分子受損或合成代謝受阻，導致含量降低;
　　⑤高、低濃度的GO暴露均能顯著增加藻細胞蛋白質(zhì)和總脂含量;低濃度(10mg/L) GO還能刺激藻細胞內(nèi)碳水化合物的合成。
　　(2)3種環(huán)境因子（溫度、鹽度、pH）均對GO的毒性效應產(chǎn)生顯著影響:
　?、俑邷貤l件通過改變GO穩(wěn)定性，促進GO團聚，降低GO對微藻的毒性作用，32℃時100mg/L GO中2種微藻細胞密度分別達到11℃時的1.59和2.69倍

7、;
　　②高鹽度下GO自身聚合嚴重，對鹽生杜氏藻的毒性作用降低，藻細胞密度和生物量最大值出現(xiàn)在鹽度為50時，比鹽度為10時分別增加2.64倍和1.97倍;
　?、鄣蚿H條件（接近pHpzc）既能夠促進GO團聚，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對斜生柵藻的毒性作用逐漸降低。由于海水中離子成分復雜，以及pH對鹽生杜氏藻的影響，在pH=7.5時GO毒性作用最低。
　　(3

8、)低濃度(10mg/L)和高濃度(100mg/L) GO對微藻的毒性作用均與其遮蔽效應有關，高濃度下這種遮蔽作用對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)并不會對微藻生長產(chǎn)生抑制作用;GO能夠吸附在藻細胞表面，影響微藻的光吸收過程，并通過與細胞表面的相互作用破壞細胞完整性;GO能夠進入細胞壁和質(zhì)膜間隙，并誘導細胞發(fā)生嚴重損傷和改變，包括細胞壁或細