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纳米TiO₂和重金属铅对环境微生物E.coli联合毒性作用的评价研究

作　者: 范传刚
导　师: 周宜开
学　校: 华中科技大学
专　业: 劳动卫生与环境卫生
关键词: 纳米二氧化钛铅大肠杆菌联合作用毒性作用氧化损伤
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

研究背景:随着纳米科技的发展,纳米TiO₂在越来越多的领域得到应用,如医药卫生、涂料、废水处理等。纳米TiO₂的大量生产和废弃也随之而来:除了自然过程产生的纳米TiO₂释放到环境中外,用于涂料合成的纳米TiO₂在使用后也可以释放到环境中,进而造成污染。因此纳米TiO₂的安全和污染问题越来越引起人们的重视。同时我们知道铅是已知危害最大的环境重金属污染物之一,美国政府和工业卫生委员会（ACGIH）将铅列为动物致癌物。我国环保总局数据表明:我国近海三分之二的海域铅超过国家标准,大约五分之一的耕地受到铅化合物污染。在废水处理、废物堆砌等过程中,纳米TiO₂将于与铅化合物充分接触,可能出现潜在相互作用,并对周围环境生物产生尚未得知的负面影响。研究目的:⑴、探讨纳米TiO₂与PbAc（醋酸铅）之间理化性质的相互影响;⑵、探讨OD600（600nm处吸光度值）与大肠杆菌浓度之间的数学模型关系;⑶、探讨纳米TiO₂与PbAc对大肠杆菌生长状况的联合作用;⑷、探讨纳米TiO₂与PbAc对大肠杆菌抗氧化酶、蛋白质和遗传物质的潜在联合影响。研究方法:采用扫描隧道电子显微镜技术（SEM）和动态光散射技术（DLS）观察PbAc对纳米TiO₂的粒径及颗粒表面性状的影响;采用火焰原子吸收技术研究在水溶液中纳米TiO₂对PbAc的物理吸附作用;采用平板计数法和分光光度计技术探讨OD600与大肠杆菌浓度的数学关系并建立数学模型;采用4×4完全析因设计探讨纳米TiO₂与PbAc对大肠杆菌生长、抗氧化酶类、蛋白质、遗传物质DNA的潜在联合毒性作用;采用响应面分析方法统计分析纳米TiO₂与PbAc之间的相互作用。研究结果:SEM结果显示与单一纳米TiO₂比较,添加PbAc能够诱导纳米TiO₂发生聚集,改变颗粒的表面性质;DLS统计分析结果显示纳米TiO₂浓度的减少或者添加PbAc会显著加剧纳米TiO₂的聚集,增加其粒径大小,并且随着PbAc浓度的升高,纳米TiO₂粒径随之增大（P<0.05）;火焰原子吸收结果显示纳米TiO₂对PbAc有物理吸附作用,并且随着纳米TiO₂浓度的增加,吸附率显著升高（P<0.05）;OD600与大肠杆菌浓度的关系不是直线关系,而是曲线关系并据此拟合出数学模型,并且检验结果显示模型准确性更高,与平板计数法相比误差小于3%,可以用于下一步实验;24小时生长曲线结果显示纳米TiO₂和PbAc对大肠杆菌生长均有抑制作用,且二者混合物抑制作用最严重;析因分析结果显示纳米TiO₂和PbAc对大肠杆菌的生长、抗氧化酶类、蛋白质羰基化水平、DNA氧化水平均有显著毒性作用,而在低浓度二者混合物中,其联合毒性作用与相应单一物质作用比较结果不显著。响应面分析结果显示纳米TiO₂和PbAc二者之间存在显著拮抗作用。研究结论:纳米TiO₂与PbAc之间存在显著相互作用:纳米TiO₂吸附PbAc,减少其有效浓度;PbAc诱导纳米TiO₂聚集,影响其粒径大小及表面性质。纳米TiO₂与PbAc对大肠杆菌生长、抗氧化酶类、蛋白质、DNA均有毒性作用,而二者的联合作用低于二者毒性的相加作用,交互作用证实为拮抗作用。首次研究发现OD600与大肠杆菌浓度之间数学关系为曲线关系并建立数学模型应用于大肠杆菌计数。

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