納米顆粒及其聯(lián)合效應(yīng)對亞硝酸菌的毒性研究.pdf

1、隨著納米科技的迅速發(fā)展，納米材料(nanoparticles:NPs)已廣泛應(yīng)用在工業(yè)和生活等眾多領(lǐng)域，它們在生產(chǎn)、運(yùn)輸、使用及處理處置過程中不可避免地進(jìn)入環(huán)境中。通過各種途徑排放到污水管道系統(tǒng)中的納米顆粒最終將進(jìn)入市政污水處理系統(tǒng)中，并因此對污水生物處理系統(tǒng)產(chǎn)成潛在影響。本文主要研究探討了三種典型納米金屬氧化物顆粒(納米TiO2(n-TiO2)、納米CeO2(n-CeO2)和納米ZnO(n-ZnO))及其聯(lián)合效應(yīng)在不同作用濃度模式下，

2、對生物脫氮工藝中指示性亞硝酸菌(歐洲亞硝化單胞菌:Nitrosomonaseuropaea)短期（6h)作用影響，為進(jìn)一步研究NPs對污水脫氮處理工藝的作用影響與機(jī)制提供必要的理論基礎(chǔ)。
　　對單一NPs毒性研究發(fā)現(xiàn)，n-TiO2、n-CeO2和n-ZnO三種NPs6h短期作用即可對N.europeae的形態(tài)、菌液粒徑、Zeta電位、細(xì)胞膜完整性、細(xì)菌濃度、氨氧化速率及氨單加氧酶(AMO)酶活性產(chǎn)生明顯的生物脅迫影響，且該脅迫影響

3、與NPs的投加濃度呈正相關(guān)。三種NPs在相同作用濃度條件下，n-ZnO對N.europaea的毒性影響最大，n-TiO2影響最小，n-CeO2居中。鑒于在相同作用條件下，50mg/L n-ZnO對細(xì)胞膜損傷及氨氧化抑制程度明顯高于其對應(yīng)溶解度的Zn2+對細(xì)胞的毒性影響，故推測n-ZnO及其產(chǎn)生的尺寸效應(yīng)是n-ZnO的重要作用因素之一。比較相同摩爾濃度的n-ZnO與Zn2+的作用影響發(fā)現(xiàn)，Zn2+對N.europeae的毒性高于n-ZnO

4、。
　　對n-TiO2、 n-CeO2和n-ZnO三種NPs兩兩共存毒性分析研究發(fā)現(xiàn)，n-TiO2與n-CeO2或n-ZnO共存，可減緩n-CeO2和n-ZnO對N.europaea的毒性效應(yīng)，且毒性降低的程度與n-TiO2的投加量呈正相關(guān)。而n-CeO2與n-ZnO共存，則增強(qiáng)了n-ZnO對N.europaea的毒性效應(yīng)，且毒性提高的程度與n-CeO2的投加量呈正相關(guān)。另外，N.europaea的各指標(biāo)對NPs毒性的敏感程度不同

5、，其中細(xì)胞膜對于NPs最為敏感，推測細(xì)胞膜損傷是NPs重要的致毒機(jī)制。
　　應(yīng)用實時反轉(zhuǎn)錄熒光定量PCR技術(shù)(Real-time RT-qPCR技術(shù))和實時全基因組表達(dá)水平譜圖檢測技術(shù)（微陣列基因芯片技術(shù)）對N.europaea關(guān)鍵作用基因的表達(dá)水平進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，n-TiO2與n-CeO2或n-ZnO共存，可提高n-CeO2或n-ZnO對N.europaea作用的amoA基因表達(dá)水平，且提高的程度與n-TiO2的投加量呈正相關(guān)

6、。而n-CeO2與n-ZnO共存，可降低n-ZnO對N.europaea作用的amoA基因表達(dá)水平，且降低的程度與n-CeO2的投加量呈正相關(guān)。amoA基因表達(dá)水平與酶活性變化規(guī)律不一致，說明AMO酶活性可能還受到mRNA的翻譯抑制、NPs與酶活性部位或活性中心以外的位點結(jié)合或細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞等影響。n-TiO2、 n-CeO2和n-ZnO三種NPs中，n-TiO2對hao基因表達(dá)的抑制作用最強(qiáng)，n-ZnO最弱，n-CeO2居中。NPs的

7、生物脅迫作用導(dǎo)致應(yīng)激蛋白、反應(yīng)調(diào)節(jié)蛋白及趨化性蛋白等應(yīng)激反應(yīng)蛋白基因表達(dá)水平上調(diào)，同時tRNA假尿苷合酶、腺苷轉(zhuǎn)移酶等與翻譯相關(guān)的基因表達(dá)水平降低。全基因組表達(dá)譜圖檢測技術(shù)也進(jìn)一步證實了納米TiO2的投加，可對納米CeO2或納米ZnO的毒性效應(yīng)起到拮抗作用，但納米CeO2與納米ZnO的共存則導(dǎo)致了對亞硝酸菌的毒性協(xié)同效應(yīng)。因此納米顆粒的亞硝化菌生物毒性影響與其投加濃度、在水中的溶解度及其帶電性密切相關(guān)，并同時影響細(xì)胞宏觀形態(tài)與生理代謝功