零價納米鐵對斑馬魚的形態(tài)學(xué)及分子水平影響研究.pdf

1、納米技術(shù)和納米材料這一新型科技的發(fā)展給污染物的處理提供了一個更具潛力的平臺，由于零價納米級鐵材料較高的反應(yīng)性和深入地面的潛力等特點，能夠有效去除有機(jī)物、重金屬和硝酸鹽等多種污染物，在土壤地下水原位治理中具有極大的優(yōu)勢，已成為環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)中一個重要的研究方向。
　　隨著納米材料在商業(yè)產(chǎn)品中應(yīng)用的推廣，不可避免地會增大其環(huán)境暴露的可能性，同時由于納米顆?？梢灾苯哟┩干矬w的一些防御屏障，很可能會給生態(tài)環(huán)境和人類健康帶來負(fù)面效應(yīng)，因

2、此其潛在毒性作用也越來越多的得到人們的關(guān)注。有些研究已經(jīng)指出了納米鐵可能的負(fù)面影響，然而目前對其毒性效應(yīng)和毒性機(jī)制的研究尚存在一些問題。其一，現(xiàn)階段的研究大多以微生物作為受試生物，鑒于納米鐵在水體環(huán)境中的廣泛應(yīng)用，因此有必要選取一種有代表性的水生生物作為研究對象；其二，目前對于納米鐵毒性的研究大多局限于個體和細(xì)胞水平，對基因水平的研究十分匱乏；其三，對于納米鐵的毒性機(jī)制尚沒有明確的定論，仍需要進(jìn)一步的研究和論證。
　　基于此，本文

3、以與人類基因的相似度很高的斑馬魚作為受試生物。首先利用不同濃度的納米鐵懸浮液進(jìn)行成年斑馬魚(Danio rerio)暴露試驗和釋放試驗。研究納米鐵在斑馬魚體內(nèi)的富集、分布和染毒后釋放特性，以及納米鐵對斑馬魚鰓和腸道的組織病理學(xué)改變。同時，利用第二代高通量RNA測序技術(shù)，從基因水平上探討nZVI、nFe3O4和Fe2+三種染毒條件對斑馬魚全基因組表達(dá)的影響，利用比較三種不同物質(zhì)基因表達(dá)差異，分析推斷零價納米鐵對水生生物毒性的主要作用方式。

4、本文得到主要結(jié)果如下：
　　1、納米鐵在斑馬魚體內(nèi)有富集效應(yīng)，且斑馬魚整體內(nèi)的富集量隨納米鐵濃度（5~20 mg/L）的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在濃度為10.00 mg/L時達(dá)到最大值4.21±0.54μg/mg干重；然而生物富集系數(shù)（bio-concentration factor，BCF）卻始終隨著水中納米鐵濃度升高而降低。
　　2、富集階段試驗中，斑馬魚體內(nèi)鐵含量即隨著暴露時間的增加，鐵的富集量也增加，并在第5～6

5、天斑馬魚對納米鐵的富集量達(dá)到最高濃度（3.35±0.32μg/mg干重）。在釋放階段試驗中，斑馬魚體內(nèi)的含鐵量隨著釋放時間的增長而減少，表現(xiàn)出明顯的排出過程。
　　3、鐵在斑馬魚體內(nèi)的富集主要集中在腸部，魚鰓和軀干部的富集量較少，且腸部富集量也是在納米鐵濃度為10 mg/L達(dá)到最大值（21.22±0.21μg/mg干重）?？梢酝茢?，魚類對納米鐵的富集主要通過捕食功能來實現(xiàn)。
　　4、暴露在10.00 mg/L納米鐵懸浮液中7

6、天的斑馬魚腸組織中有些部位出現(xiàn)腸絨毛稀疏且變短、腸壁變薄的現(xiàn)象；魚鰓也出現(xiàn)異常:上皮細(xì)胞出現(xiàn)殘損，有些甚至出現(xiàn)脫落，鰓小片上皮細(xì)胞水腫以及柱細(xì)胞變形。表明納米零價鐵的直接或間接接觸能夠造成生物組織發(fā)生病變，影響生物正常生理活動。
　　5、nZVI、nFe3O4和FeCl2三個處理組均對斑馬魚全基因組表達(dá)產(chǎn)生影響，且三種處理在基因表達(dá)水平所產(chǎn)生的變化是相似的；通過GO和KEGG富集分析，其差異表達(dá)基因功能類和通路的富集未發(fā)現(xiàn)納米效應(yīng)

7、的特殊影響，納米顆粒懸浮液和FeCl2所引起的基因表達(dá)的類型是相同的。這說明鐵納米顆粒懸浮液誘導(dǎo)的基因表達(dá)變化是由于其釋放到水體中的鐵離子的作用，而納米顆粒本身的貢獻(xiàn)很有限的甚至沒有。
　　6、“線粒體呼吸鏈”這一通路在三種處理中都產(chǎn)生了顯著富集，說明其生理活動受到了染毒作用的影響。這一結(jié)果表明，三種處理都對斑馬魚表現(xiàn)出了氧化損傷，導(dǎo)致呼吸鏈活動受到抑制。此外，由于三種不同處理中生物可利用性Fe2+的比例的不同，“泛素調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)水