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人工纳米颗粒在水体中的行为及其对浮游植物的影响

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环境科学 2015年第1期36卷 365-372页

作者：李曼璐姜玥璐清华大学环境学院北京100084 清华大学深圳研究生院海洋科学与技术学部深圳市近海动力环境演变重点实验室广东518055

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)因其特殊的尺寸效应及良好的光学、磁学等性质,已被广泛应用于医药、生物成像以及工业产品等领域.在生产、使用和排放的过程中,ENPs通过不同途径不可避免地进入水体,因此ENPs在水体中的行... 详细信息

人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)因其特殊的尺寸效应及良好的光学、磁学等性质,已被广泛应用于医药、生物成像以及工业产品等领域.在生产、使用和排放的过程中,ENPs通过不同途径不可避免地进入水体,因此ENPs在水体中的行为和生物安全性也引起了人们的极大关注.在水生生态系统中,浮游植物作为初级生产者,为自身以及其他营养级生物提供营养物质、能量和氧气,因此受到ENPs的影响是难以估算的.近年来已有大量的研究证实ENPs对生物有毒性效应,但ENPs进入浮游植物体内的机制以及ENPs在浮游植物体内的生物运输和转化的报道较少,并且这方面的机制仍不甚明确.本文重点介绍了纳米材料进入水体的途径,在水体中的行为以及对浮游植物的生物效应的最新研究进展,但这方面的机制研究需要进一步深入.

关键词：人工纳米颗粒浮游植物环境行为生物效应水生生态系统

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人工纳米颗粒对微型藻类的毒性效应及其机制

环境化学 2021年第8期40卷 2332-2344页

作者：曹曼曼王飞周北海陈辉伦袁蓉芳北京科技大学能源与环境工程学院北京100083

随着纳米技术的飞速发展和人工纳米颗粒(manufactured nanoparticles,MNPs)的广泛应用,释放到环境中的MNPs不断增多,MNPs的环境行为及生态效应一直是国内外研究的热点.由于水生生态系统的复杂性,目前MNPs对藻类的毒性机制仍不明确.本文... 详细信息

随着纳米技术的飞速发展和人工纳米颗粒(manufactured nanoparticles,MNPs)的广泛应用,释放到环境中的MNPs不断增多,MNPs的环境行为及生态效应一直是国内外研究的热点.由于水生生态系统的复杂性,目前MNPs对藻类的毒性机制仍不明确.本文以藻类为模型,综述了MNPs在水环境中的行为,重点探讨了MNPs的理化性质和环境因子对MNPs生物毒性的影响和调控机制.系统总结了碳基MNPs、金属基MNPs、量子点及有机聚合物对藻类的致毒效应.基于复合污染的真实环境,本文还重点总结了MNPs与环境中共存污染物的复合效应,并从生物终端指标和组学指标两个方面揭示了MNPs的潜在毒性机制.最后,分析了目前纳米毒理学研究中存在的问题,并对今后的研究方向进行了展望,以期更好地认识MNPs的环境和生态安全性问题,以便更好地促进MNPs的可持续发展.

关键词：人工纳米颗粒纳米毒性微型藻类氧化应激复合效应

人工纳米颗粒对海洋渔业生物的毒性效应及水产品质量安全影响研究进展

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生态毒理学报 2020年第6期15卷 57-71页

作者：丁怡丹黄翠玲朱琳冯娟夏斌赵信国孙雪梅陈碧鹃曲克明青岛大学环境科学与工程学院青岛266071 中国水产科学研究院黄海水产研究所农业农村部极地渔业开发重点实验室青岛266071 通标标准技术服务(青岛)有限公司青岛266101 青岛海洋科学与技术试点国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室青岛266237

纳米科学是20世纪80年代末发展起来的新兴学科,与信息科学、生命科学并列为21世纪最有前途的三大新兴科学技术领域。由于纳米材料特殊的尺寸和物理结构,具有特殊的催化、光电和抗菌等性能,因此广泛应用于医药、工业、建筑、化妆品、能... 详细信息

纳米科学是20世纪80年代末发展起来的新兴学科,与信息科学、生命科学并列为21世纪最有前途的三大新兴科学技术领域。由于纳米材料特殊的尺寸和物理结构,具有特殊的催化、光电和抗菌等性能,因此广泛应用于医药、工业、建筑、化妆品、能源和环保等领域。纳米材料的大量生产和应用不可避免地导致人工纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)进入到海洋环境中,对海洋渔业生物造成潜在威胁。我国是水产品生产、贸易和消费大国,海洋水产品是我国居民粮食供给和优质蛋白质供给的重要保障。因此,ENPs对海洋渔业生物的毒性效应以及对水产品质量安全的影响越来越受到关注。本文总结了海洋中ENPs的来源,归纳了其在海洋中的环境行为,分析其对海洋渔业生物的毒性效应及致毒机制,探讨其在海洋食物链中的传递和生物放大作用以及对水产品质量安全的潜在影响,并对目前所面临的问题做出总结,对未来的研究工作做出展望,以期为客观评价ENPs的海洋渔业环境效应提供科学依据。

关键词：人工纳米颗粒海洋渔业生物毒性效应水产品质量安全

海洋酸化与重金属、有机污染物和人工纳米颗粒的联合毒性效应研究进展

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生态毒理学报 2019年第1期14卷 2-17页

作者：王昊赵信国陈碧鹃夏斌孙雪梅朱琳曲克明上海海洋大学海洋科学学院上海201306 中国水产科学研究院黄海水产研究所、农业部海洋渔业资源可持续发展重点实验室、山东省渔业资源与生态环境重点实验室青岛266071 青岛海洋科学与技术国家实验室海洋生态与环境科学功能实验室青岛266237

由于大量人类活动的影响,大气CO2浓度持续增加,其中约1/3被海洋吸收,导致表层海水pH值降低和碳酸盐平衡体系波动,即“海洋酸化”现象。污染物的海洋环境效应一直是全球环境科学领域研究的热点。在实际环境中,海洋酸化往往与污染物共同... 详细信息

由于大量人类活动的影响,大气CO2浓度持续增加,其中约1/3被海洋吸收,导致表层海水pH值降低和碳酸盐平衡体系波动,即“海洋酸化”现象。污染物的海洋环境效应一直是全球环境科学领域研究的热点。在实际环境中,海洋酸化往往与污染物共同存在并作用于海洋生态系统,且海洋酸化极有可能改变污染物的海洋环境行为从而影响其毒性效应。但现有研究大多针对海洋酸化或者污染物单独作用下的毒性效应展开,对海洋酸化与污染物的联合毒性效应的研究不足、亟待加强。为此,综述了近年来海洋酸化与典型污染物(重金属、有机污染物)及新型污染物(人工纳米颗粒)的相关文献,重点阐述了海洋酸化对污染物环境行为的影响和海洋酸化与污染物对海洋生物的联合毒性效应,指出当前的研究不足,并对未来的研究方向进行了展望。

关键词：海洋酸化重金属有机污染物人工纳米颗粒联合毒性

根际介导下的人工纳米颗粒环境过程及生物响应机制

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根际介导下的人工纳米颗粒环境过程及生物响应机制

功能型微气泡富集分离水环境中微纳颗粒污染物

第二届全国环境纳米技术及生物效应学术研讨会

作者：王震宇江南大学环境过程与污染控制研究所

人工纳米颗粒（ENPs）在农业中的应用正受到前所未有的关注和探究,这些ENPs能够调节作物产量,营养品质及其抗性。然而,目前仍未明确在何种条件下ENPs可以稳定且高效地促进作物生长,提高作物产量、营养品质和抗性。本文系统总结了ENPs在... 详细信息

人工纳米颗粒（ENPs）在农业中的应用正受到前所未有的关注和探究,这些ENPs能够调节作物产量,营养品质及其抗性。然而,目前仍未明确在何种条件下ENPs可以稳定且高效地促进作物生长,提高作物产量、营养品质和抗性。本文系统总结了ENPs在土壤中的环境行为及对植物致毒机制的研究进展,重点分析了根系分泌物、根际微生物等在根际区域内对ENPs迁移、转化等关键环境地球化学行为的可能调控机制;根际过程介导下ENPs的生物响应机制;及ENPs在食物链中各级生物体内存在形式、迁移和蓄积规律。旨在为建立高效、安全的纳米农业技术提供一些新思路。

关键词：人工纳米颗粒环境地球化学行为根际生物响应机制

来源： cnki会议评论

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功能型微气泡富集分离水环境中微纳颗粒污染物

作者：杨钧椷浙江工业大学

学位级别：硕士

由于人类活动以及微纳技术的空前发展和广泛应用,人们开始关注其中的微纳颗粒的释放对环境和生物体带来的影响。近年来功能型微气泡技术被认为是一种有效从水中富集分离微纳颗粒污染物的方法。本论文通过高速搅拌不同的化学药剂(表面活... 详细信息

由于人类活动以及微纳技术的空前发展和广泛应用,人们开始关注其中的微纳颗粒的释放对环境和生物体带来的影响。近年来功能型微气泡技术被认为是一种有效从水中富集分离微纳颗粒污染物的方法。本论文通过高速搅拌不同的化学药剂(表面活性剂和混凝剂)制备功能型微气泡富集分离水中的微纳颗粒污染物。首先利用跟踪技术分析了Ti O纳米颗粒在功能型微气泡分离过程中的归趋和界面行为。其次考虑到金属人工纳米颗粒(MENPs)的转化/溶解特性,探讨了化学药剂剂量、MENP悬浮液的p H值和水体类别对功能型微气泡富集不同化学惰性的典型MENPs(Ag、Zn O、Ti O纳米颗粒)的影响。最后在存在溶解性有机物(DOM)的情况下利用功能型微气泡从水中分离微塑料(MPs)——表面无修饰的聚苯乙烯(PS)和表面羧基修饰的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),并研究了DOM浓度、MP的表面特性和水体类别对工艺效果的影响以及MPs和DOM的相互作用。论文的主要成果如下:在0.78 mg/mg Ti O的最佳SDS相对剂量下,基于纳米颗粒跟踪分析(NTA),Ti O纳米颗粒的数量浓度大大降低了2-4个数量级,而根据电感耦合等离子体质谱(ICP-MS),大约有84.0%的颗粒被分离。NTA显示了水相中总体颗粒分散状态的变化,而ICP-MS提供了有关Ti的分离效果。显微拉曼、动态光散射和小角度激光散射可以获得絮状物的结构和形态方面的信息。具有开放结构的大絮状物易于形成,并在适当的化学药剂剂量下可轻松分离。但是,剂量过量会削弱了气泡捕获能力,并生成了小而致密的团聚体。当悬浮液的p H值为6.0时,功能型微气泡能够富集90.0%的离子态Ag(I),最终在浮渣中以Ag Br和AgCO的形式出现。具有正表面电荷的聚合氯化铝(PACl)修饰的微气泡善于捕获颗粒态Zn O(～84.8%),但无法收集其离子成分。总的MENP富集效率与不同形态的含量比例密切相关。在河水中,DOM和电解质都可能通过影响Ag和Zn O纳米颗粒的形态转化而影响富集过程。对于惰性的Ti O纳米颗粒,功能型微气泡富集的效率能达到97.1%。DOM显然增强了富集效果,因为其架桥促进了颗粒与气泡之间的连接。腐殖酸(HA)对PS-MPs的分离有促进作用(在最佳剂量下分离效率可达94.4%以上),而对PMMA-MPs的分离有抑制作用(HA与PMMA竞争气泡)。这种差异可能归因于MP的表面特性和电荷。在实际水体(河水和污水处理厂进水)中,几乎完全分离了两种类型的MP颗粒。荧光猝灭滴定表明,气泡倾向于捕获游离的DOM分子和与DOM结合的MP颗粒。此外,DOM生成的絮凝物也可能通过网捕或卷扫作用使MPs被气泡捕获并收集。本论文的研究首次展示了功能型微气泡技术收集纳米颗粒时,颗粒在水相和固相中的变化,为其他研究纳米颗粒的归趋和工艺效果相关技术提供了参考;考虑到MENP污染物的特性,有助于针对MENPs的稳定性建立更有效的微气泡富集方法;提供了更简单、环保的技术分离水中MPs,并为实际水体中MP分离打下了基础。

关键词：功能型微气泡人工纳米颗粒微塑料富集分离实际水体

溶解性有机质影响下氧化铜纳米颗粒对水稻根的致毒机制

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溶解性有机质影响下氧化铜纳米颗粒对水稻根的致毒机制

作者：张海浙江大学

学位级别：硕士

人工纳米颗粒(Nanoparticles, NPs)在生产、运输、使用和处置等过程中,会不可避免地进入到环境中,给生物体带来危害。近年来,许多研究从种子发芽、根伸长、生物量等植物生长相关指标考察了各种NPs对植物的毒性效应,但NPs对植物的致毒机... 详细信息

人工纳米颗粒(Nanoparticles, NPs)在生产、运输、使用和处置等过程中,会不可避免地进入到环境中,给生物体带来危害。近年来,许多研究从种子发芽、根伸长、生物量等植物生长相关指标考察了各种NPs对植物的毒性效应,但NPs对植物的致毒机制尚不明确。水体和土壤中广泛存在的溶解性有机质(Dissolved organic matter, DOM)会与NPs相互作用,影响NPs的环境行为和生态效应,但DOM对NPs植物毒性的影响及其机制还有待探究。本论文以水稻(Oryza sativaL.)作为受试植物,研究胡敏酸(HA,一种典型DOM)影响下,CuO NPs对水稻根的影响及其致毒机制。取得以下主要的研究成果：CuO NPs在中性超纯水中易发生团聚,平均水力直径超过600nm,颗粒表面带正电荷,悬浮液稳定性低,100mg/LCuO NPs可溶出约0.13mg/L的Cu2+;HA的加入使CuO NPs的团聚现象减弱,平均水力直径减小,Zeta电位变为负值,且绝对值增大,悬浮液稳定性增强,并促进悬浮液中Cu2+的析出。CuO NPs处理抑制水稻根伸长(EC50:8.9mg/L),导致根尖组织及细胞结构破坏,质膜通透性增强和细胞死亡率增大;添加HA显著减轻CuO NPs对根伸长、根尖结构和细胞活力的不利影响,并降低水稻根/芽中Cu的含量,这是由于HA被吸附到CuO NPs表面并增强其的电负性,从而增大CuO NPs与根细胞间的空间位阻和静电排斥,抑制CuO NPs的植物吸收及其对根细胞的毒害。与CuO NPs目比,CuO大颗粒(Bulk particles, BPs)和当量的Cu2+溶液对根伸长和细胞活力无显著影响,表明CuO NPs对水稻根的毒性来自CuO NPs自身的纳米效应而非其释放出的Cu2+;进一步研究发现,CuO NPs处理导致水稻根内活性氧(ROS)累积,丙二醛(MDA)含量增大,线粒体膜电位(△ψm)下降及程序性细胞死亡(Programmed cell death, PCD),说明ROS介导的细胞膜损伤、线粒体功能紊乱和PCD是CuO NPs对水稻根的重要致毒机制;由于HA的存在明显抑制CuO NPs导致的ROS产生和氧化胁迫,所以,HA对ROS的清除是其缓解CuO NPs对水稻根的毒性的另一种可能机制。

关键词：人工纳米颗粒溶解性有机质水稻氧化胁迫程序性细胞死亡

CuO纳米颗粒的植物毒性及在玉米体内的长距离运输

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CuO纳米颗粒的植物毒性及在玉米体内的长距离运输

作者：解晓燕中国海洋大学

学位级别：硕士

人工纳米颗粒(Engineered nanoparticles,ENPs)具有小粒径、大比表面积、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特殊的性质，有广阔的应用前景，近年来已逐渐成为研究的热点。纳米材料的大量生产和应用，不可避免的造成人工纳米颗粒向环... 详细信息

人工纳米颗粒(Engineered nanoparticles,ENPs)具有小粒径、大比表面积、量子尺寸效应以及宏观量子隧道效应等特殊的性质，有广阔的应用前景，近年来已逐渐成为研究的热点。纳米材料的大量生产和应用，不可避免的造成人工纳米颗粒向环境中排放，可能带来潜在的环境风险，人们对人工纳米颗粒安全性及生物效应的信息需求也在增加。2003年《Science》和《Nature》就纳米颗粒生物效应问题展开讨论，纳米颗粒的环境安全也日益引起人们的重视。植物是生态系统的一个重要受体，也是人工纳米颗粒向食物链蓄积的重要途径。至今，对人工纳米颗粒植物毒性的研究也日益增加。CuO ENPs已被广泛应用于商业领域，如气体传感器、光电效应电池、催化剂及半导体材料等，随着其大量应用，排放到环境中的CuO ENPs也越来越多。而有关CuO ENPs与植物毒性及其在植物体内的迁移转运的研究还不多。本研究拟以玉米为受试生物，阐明CuO ENPs对玉米幼苗的毒性作用，并探索纳米颗粒在玉米幼苗体内的迁移运输规律，最终为CuOENPs的环境安全评价提供依据。本文研究了不同浓度的CuO ENPs对玉米种子萌发阶段的影响，结果表明CuO ENPs对玉米种子发芽率没有影响，却显著抑制了萌发阶段根的伸长。幼苗生长时期，在土壤介质培养下，CuO ENPs能引起玉米叶片黄化，随着处理时间的增加，CuO ENPs对玉米幼苗株高的抑制逐渐减弱，这可能是土壤成分的复杂性引起的。溶液培养条件下，相对于空白处理，CuO ENPs能降低玉米生物量，并导致叶片黄化现象，纳米颗粒对玉米的毒性效应与浓度及暴露时间有关。而对应的离子及大颗粒处理对玉米幼苗生长无明显作用。这说明纳米颗粒的植物毒性主要来源于颗粒本身。纳米颗粒小粒径、大比表面积的特殊效应可能是对植物产生毒性的原因。通过光学显微镜观察到CuO ENPs首先粘附在玉米根表上，经透射电子显微镜及X射线能谱分析发现CuO ENPs存在于玉米的根及叶片细胞中，结合我们之前研究发现的CuO ENPs还能存在于玉米木质部汁液中，得出以下结论：CuOENPs首先吸附在玉米根表周围，然后进入根细胞中，从未完全形成凯氏带的幼嫩根细胞中进入木质部中，随水分及营养物质运输到地上部。进一步通过高分辨电子显微镜(HRTEM)观察到，纳米颗粒还能通过韧皮部向地下运输，并且在运输的过程中一部分CuO被还原为CuO及Cu2S。纳米颗粒在向下运输的过程中可能是伴随金属硫蛋白或光合作用形成的碳水化合物运输的，碳水化合物中的一些还原性糖可能将铜由二价还原为一价，另外，植物体内的一些还原酶或铁氧还原蛋白也可能充当还原剂。

关键词：人工纳米颗粒植物毒性韧皮部迁移转运

溶解有机质影响下CuO纳米颗粒对铜绿微囊藻的致毒机制

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溶解有机质影响下CuO纳米颗粒对铜绿微囊藻的致毒机制

作者：李静中国海洋大学

学位级别：硕士

随着纳米技术的飞速发展,大量的纳米产品应运而生。然而,在这些纳米产品的生产、使用和处置等过程中,人工纳米颗粒(Engineered nanoparticles,ENPs)难免会进入环境,最终通过工业废水排放、雨水沉降和地表径流等方式进入水体。由于ENPs... 详细信息

随着纳米技术的飞速发展,大量的纳米产品应运而生。然而,在这些纳米产品的生产、使用和处置等过程中,人工纳米颗粒(Engineered nanoparticles,ENPs)难免会进入环境,最终通过工业废水排放、雨水沉降和地表径流等方式进入水体。由于ENPs自身具有极其微小的粒径、较大的比表面积、表面含有大量活性位点等特殊的物理化学性质,使其暴露于环境中就会对生物甚至整个水生生态系统造成巨大的潜在危害。ENPs在自然水体中的环境行为很复杂,溶解有机质(DOM)、pH和离子强度等水化学条件均会影响ENPs的水化学过程,进而影响ENPs的生物可利用性。本研究拟以淡水水体中典型藻类-铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)作为受试生物,系统研究水体中DOM影响下,ENPs对藻类的毒性效应及其致毒机理。主要研究结果如下: 本研究比较了含DOM与不含有DOM的水体中CuO ENPs对铜绿微囊藻的毒性效应,结果表明,在池塘水(TOC浓度:26 mg C L)培养基中的CuO ENPs对铜绿微囊藻的生长抑制作用明显高于在蒸馏水培养基中的抑制作用。进而通过外加DOM模拟自然水体的试验发现,加入20 mg L富里酸(SRFA)显著降低了CuO ENPs的72 h半效应致死浓度(EC50,0.48 mg L),增加了CuO ENPs的生物毒性。这是由于:①SRFA促进了CuO ENPs中Cu的释放,离子毒性增强;②SRFA增加了CuO ENPs在水体中的悬浮稳定性,降低了CuO ENPs的聚集,从而增加了CuO ENPs与藻细胞接触及进入细胞的机会。通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)对藻细胞内具有高电子密度的团聚体进行分析,首次发现小于5 nm的CuO ENPs可以通过细胞壁孔径接触到原生质体,后主要通过内吞方式跨过细胞膜进入细胞,而且进入胞内的ENPs主要为CuO ENPs,这是CuO ENPs在胞内还原环境及细胞内酶类的作用下还原得到的结果。进入藻细胞后的CuO ENPs会不断聚集在细胞中的某些位点上。通过分析藻细胞胞内积累额外活性氧自由基(ROS)及DNA损伤的动态变化,可以初步断定ROS的累积可以导致DNA的损伤。ROS的产生及DNA损伤会造成细胞膜的破坏,最终导致藻细胞的死亡。因此,CuO ENPs进入细胞造成胞内ROS积累,进而导致过氧化损伤能是CuO ENPs对M. aeruginosa的重要致毒机制。

关键词：人工纳米颗粒溶解有机质 ROS 内置化膜完整性