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人工纳米材料对藻类的生物效应研究

作　者: 张宁
导　师: 金星龙
学　校: 天津理工大学
专　业: 环境科学
关键词: 纳米材料 小球藻 斜生栅藻 四尾栅藻 生物效应
分类号: Q948
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


近年来,纳米材料的大量生产和广泛应用使其生物安全性受到越来越多的重视,如何有效、准确地评价纳米材料的生物毒性是当今研究的热点问题。藻类作为水环境中的初级生产者,担当着重要的角色,它也是毒理学研究中常用的受试生物,因此研究纳米材料对藻类的毒性效应是十分必要的。而且利用藻类毒性实验筛选一系列纳米材料生物毒性的系统研究并不多。本文以小球藻(Chlorella vulgaris)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)和四尾栅藻(Scenedesmus quadricanda)三种藻为受试生物,研究了人工纳米材料对藻细胞的生长状况、叶绿素a含量和可溶性蛋白质含量的影响,比较了纳米材料的毒性大小以及不同藻种对纳米材料的敏感性,并对利用藻类筛选纳米材料生物毒性这一方法的适用性进行了初步探索,旨在为纳米材料安全性评价提供一定的依据。本文主要研究内容和取得的结论如下：(1)基于藻类生长抑制实验,开展了九种纳米氧化物粉体和两种纳米金属分散液对三种藻生长状况的影响研究。结果表明,不同纳米材料对藻类生长状况产生不同程度的影响,纳米材料浓度较低时,可以促进或不明显抑制藻的生长,随纳米材料浓度增大抑制效应逐渐增强。nZnO对三种藻均表现出较强的毒性效应,属于高毒；nNiO、nTiO2(锐钛矿和金红石)、nFe3O4属于中毒；nSiO2、nFe2O3(γ型和α型)、nAl2O3属于低毒；nTiO2锐钛矿型的毒性要大于金红石型的毒性,nFe2O3的γ型的毒性远远小于α型的毒性。无色nAg的毒性小于棕色nAg,但均高于nZnO。小球藻对纳米材料的毒性效应比较敏感,四尾栅藻则最不敏感。(2)研究了不同纳米材料对藻细胞中叶绿素a含量的影响,初步探讨了纳米材料的致毒机制。结果表明,低浓度的纳米材料悬浮液对藻细胞产生一定的刺激作用,可以促进叶绿素a的合成,从而藻生物量增加,这与生长抑制实验中的实验结果可以相互印证。当纳米材料悬浮液浓度增大到一定范围,超出藻细胞的自我调节能力,纳米材料就呈现为有毒物质,破坏藻细胞的叶绿体结构,影响其正常生理功能。(3)通过测定纳米材料对藻细胞中可溶性蛋白质含量的影响,进一步探索纳米材料的毒性效应。结果表明,纳米材料在较低浓度时对藻细胞中蛋白质的合成有促进作用,浓度过高才会阻碍蛋白质的合成,这充分验证了前面实验的研究结论,并进一步揭示了纳米材料的致毒机理。(4)选取敏感程度较高的小球藻为受试生物,研究同种类型、不同尺寸的纳米氧化锌和同一尺寸、不同类型的纳米二氧化钛和纳米载银材料的毒性效应,并初步探讨了利用藻类筛选纳米材料生物毒性这一方法的适用性。研究结果表明,根据藻类生物毒性测试能够有效区分不同类别和尺寸的纳米材料之间的毒性差异。综上,纳米材料对藻类的生长状况、叶绿素a和可溶性蛋白质等均产生一定的生物效应；纳米材料的毒性大小与其粒径、晶型等因素有关；利用藻类生物毒性测试方法可以筛选系列纳米材料的生物毒性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-20
  1.1 纳米材料概述  11-12
    1.1.1 纳米材料的定义与分类  11
    1.1.2 纳米材料的特性及应用  11-12
  1.2 藻类生物毒性测试概述  12-13
    1.2.1 藻类生物毒性测试及其应用  12
    1.2.2 藻类毒性实验统计方法  12-13
  1.3 纳米材料对藻类的毒性效应研究现状  13-17
    1.3.1 纳米金属  13
    1.3.2 纳米氧化物  13-15
    1.3.3 碳纳米材料  15-16
    1.3.4 半导体量子点  16-17
  1.4 纳米材料生物安全性评价  17-18
  1.5 选题依据、目的、意义和内容  18-20
    1.5.1 选题依据、目的及意义  18
    1.5.2 研究内容  18-20
第二章 纳米材料对藻类生长抑制效应的研究  20-38
  2.1 材料与方法  20-23
    2.1.1 实验材料与仪器  20-21
    2.1.2 藻种培养  21-22
    2.1.3 暴露实验  22
    2.1.4 测定方法  22-23
    2.1.5 数据统计与处理  23
  2.2 结果与讨论  23-37
    2.2.1 藻细胞生长曲线  23-25
    2.2.2 最佳测定波长的确定  25-26
    2.2.3 生长抑制曲线分析  26-34
    2.2.4 毒性比较及机理分析  34-36
    2.2.5 藻种敏感性的比较  36-37
  2.3 小结  37-38
第三章 纳米材料对藻类叶绿素含量的影响  38-47
  3.1 材料与方法  38-39
    3.1.1 实验材料与仪器  38
    3.1.2 测定方法  38-39
    3.1.3 数据统计与处理  39
  3.2 结果与讨论  39-45
    3.2.1 纳米材料对小球藻叶绿素a含量的影响  39-41
    3.2.2 纳米材料对斜生栅藻叶绿素a含量的影响  41-43
    3.2.3 纳米材料对四尾栅藻叶绿素a含量的影响  43-45
  3.3 小结  45-47
第四章 纳米材料对藻类蛋白质含量的影响  47-54
  4.1 材料与方法  47-48
    4.1.1 实验材料与仪器  47
    4.1.2 测定方法  47-48
    4.1.3 数据统计与处理  48
  4.2 结果与讨论  48-53
    4.2.1 蛋白质标准曲线  48
    4.2.2 纳米材料对小球藻蛋白质含量的影响  48-50
    4.2.3 纳米材料对斜生栅藻蛋白质含量的影响  50-52
    4.2.4 纳米材料对四尾栅藻蛋白质含量的影响  52-53
  4.3 小结  53-54
第五章 藻类毒性测试筛选纳米材料生物毒性的初步探索  54-61
  5.1 材料与方法  54-55
    5.1.1 实验材料与仪器  54
    5.1.2 测定方法及数据处理  54-55
    5.1.3 数据处理  55
  5.2 结果与讨论  55-60
    5.2.1 不同尺寸纳米氧化锌的毒性比较  55-56
    5.2.2 不同晶型纳米二氧化钛的毒性比较  56-57
    5.2.3 纳米载银抗菌材料的毒性比较  57-58
    5.2.4 剂量效应曲线分析  58-60
  5.3 小结  60-61
第六章 结论与展望  61-63
  6.1 结论  61
  6.2 展望  61-63
参考文献  63-66
发表论文和科研情况说明  66-67
致谢  67

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中图分类: > 生物科学 > 植物学 > 植物生态学和植物地理学
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