纳米材料对水体中鱼和浮游植物的毒性研究【文献综述】.doc

1、毕业论文文献综述生物技术纳米材料对水体中鱼和浮游植物的毒性研究摘要纳米材料的应用前景广阔，在其广泛应用的同时也会对环境造成潜在的危害。纳米材料释放到环境中，对水体造成影响，从而对水体中的生物产生影响。本文从纳米材料自身的特性，其进入水环境后的行为以及国内外关于纳米材料对水生生物影响的研究进行阐述，并对进一步研究纳米材料对水生生物毒性机制提出展望。关键词纳米材料；水生生物；毒性机制1引言纳米材料具有良好的应用前景，应用范围广阔，已被广泛应用于各领域，包括涂料、废水处理、杀菌、化妆品、食品添加剂、生物医药等1。GRAZYNABP等2等报道，2004年纳米材料的年产量约为1000吨，每天有超过800

2、件的产品生产基于纳米材料，预计到2014年全球将超过15的产品在制造过程中使用纳米材料。然而，纳米材料在被广泛应用的同时将不可避免向环境中释放，可能造成潜在的环境危害和生态风险3。纳米材料进入环境后直接或间接地对水环境造成影响，从而对水体中的生物造成影响4。目前，纳米材料对水生生物的影响已有了相关报道，对其毒性5机制研究虽鲜有报道但也越来越受到重视。2纳米材料的特性纳米材料的结构单元尺寸介于1NM100NM之间，其特殊的理化性质取决于它的颗粒大小6、7、表面积和表面分布、化学构成纯度、结晶型、带点性、表面结构、溶解性、形状和聚集性等4。纳米材料的尺度与基因在同一数量级，纳米颗粒物可能透过细胞膜

3、干扰DNA的排列组合，从而产生变异导致生理障碍3。3纳米材料在水中的环境行为纳米材料进入水体后，可能对水生生态系统造成破坏，白伟等8报道相对弱的电解质溶液能打破富勒烯溶液的平衡，形成可沉降的聚集体，且随着离子强度的增大，其在多孔介质中的沉积更严重。FORTNER等发现，C60在水中形成稳定的聚集体，在较低的离子强度下可稳定存在数月。ADAMSLK等报道9，纳米材料在水中的颗粒大小要比厂家提供数据大，ZHANG等9研究得到，用超声波分散TIO210MIN后颗粒的平均粒径在200800NM。CHENG等11报道富勒烯和包覆的单臂碳纳米管在盐溶液、细胞培养介质、重建硬水和MINIQ水中稳定。而在天然

4、水体系中，纳米材料的水体行为受到更多因素的影响，因此更复杂。白伟等5报道，纳米材料在海水和河口环境中，海洋微表层对纳米材料有影响，海洋微表层中的酯类、碳水化合物、蛋白质等可包被亲脂性的纳米材料，水体和海岸带的水动力学和形态学特征在较大程度上决定纳米材料的分布，人工纳米材料的研究相对较少，目前只能从已知的纳米或微米颗粒的水中环境行为来推测。4纳米材料对水体中鱼和浮游植物的毒性研究41纳米材料对鱼的毒性研究纳米材料进入水体后，可能进入细胞或一些部位，直接对鱼类造成损伤。OBERDRSTER研究发现12，05MGL1的C60对幼年大嘴黑鲈鱼有大脑脂质过氧化损伤影响，并且腮组织中的还原型谷胱甘肽含量降

5、低，可能由于C60具有氧化还原活性和亲脂性，由此得出C60能对水生鱼类大脑造成损伤。田文静，赵宇亮等13将正常斑马鱼受精卵用纳米ZNO处理，预冷匀浆介质，离心，取上清液，测定蛋白含量和抗氧化指标包括GSH、SOD、CAT、MDA，发现GSH含量低于对照组，SOD活性随纳米ZNO浓度的增大而降低，CAT活性低于对照组，MDR含量高于对照组，由此得出纳米ZNO能对斑马鱼胚胎产生氧化损伤，使斑马鱼胚胎生理机能改变，不能成功孵化。玉晓微等14在对纳米二氧化硅处理斑马鱼胚胎发育毒性的研究中发现，常规二氧化硅对斑马鱼胚胎发育无明显毒性效应，而纳米二氧化硅对斑马鱼胚胎发育有明显抑制作用，可导致胚胎孵化率显著

6、降低，死亡率显著升高，幼鱼有畸形现象，还可使斑马鱼提前孵化但不能发育完全，现象表明纳米二氧化硅可能导致氧化损伤。但志刚，倪瑾用DSPEPEG2000NH2超声处理碳纳米管进行斑马鱼的毒性实验，得到PEG功能化碳纳米管使斑马鱼成鱼存活率降低，并造成卵凝结，胚胎或幼鱼发育延迟，甚至使斑马鱼心肌肿大、畸形和死亡。刘信勇，朱琳16在研究NC60TTA对斑马鱼的发育毒性时发现人工纳米材料暴露能对鱼类各组织器官产生氧化损伤。FEDERICI等11研究得到，纳米TIO2可在虹鳟鱼的消化道和腮中积累，并转运到其它组织器官中，从而对水生动物产生毒性作用。纳米材料的粒径大小也会对水生生物的毒性产生影响17，朱小山

7、等18研究得到，人工纳米材料富勒烯的水溶性衍生物毒性弱于C60，而15MGL1NC60/TTA使斑马鱼胚胎和幼鱼发育延迟，存活率和孵化率下降，部分斑马鱼心包裹水肿和畸形C60。此外，朱小山等19还研究了长期暴露C60对鲫鱼的氧化损伤，结果显示，鲫鱼幼鱼不同组织对低剂量C60应激方式不同，GSH含量降低，CAT低浓度时被诱导，高浓度时活性下降，腮组织GSH含量随浓度变化先降低然后回升最后下降，结果表示，C60毒性机制之一为长期暴露引起机体组织的氧化应激反应，导致机体抗氧化能力衰竭。LOVERN等20研究了纳米TI02211020NM和纳米C60（072NM对大型藻的影响，纳米颗粒用四氢呋喃过滤，

8、并用超声波处理后，将藻暴露于其中，于不同的时间观察大型藻在纳米材料处理后的影响变化。发现，四氢呋喃过滤后的纳米TIO2和纳米C60均能导致大型藻死亡，呈量效关系；并且，经四氢呋喃处理的纳米C60毒性强于纳米TIO2。另外，用不同制备方法制备的纳米颗粒悬浮液毒性也有差别。超声波处理的纳米TI02和纳米C60对大型藻的影响明显比经四氢呋喃过滤处理的小。42纳米材料对浮游植物的毒性研究浮游植物是水环境中重要的生产者，在水生态系统中占有重要的地位。纳米材料对浮游植物的毒害能直接或间接地对水生态系统产生影响，此外，浮游植物对纳米材料的蓄积也能直接或间接的影响水生态系统。AUNA等22报导了纳米材料对浮游

9、植物有毒性效应，纳米C60为90MGL1时，对藻的生长速率抑制大约为30。藻与纳米C60颗粒团聚体接触后加速了藻细胞富集水体中的其他污染物。朱小山等23得到，SWCNTS、MWCNTS和纳米C60在96H斜生栅藻生长EC60分别为226、155、131MGL1，但这3种纳米材料对斜生栅藻毒性没有显著性差异。熊勤等24研究报道了，光照24H处理后，纳米沙藻布面积为008CM2L1，悬浮液中的微囊藻、鱼腥藻裸藻和衣藻的细胞密度分别下降为770、691、891和569。而在硅藻舟型藻中，叶绿素质量分数下降187。5展望目前，对于纳米材料对水生生物的毒性效应都由于使生物造成脂质过氧化损伤，从而引起细胞

10、膜破损，最终使细胞失去正常功能而引起细胞死亡或凋亡25。但是，纳米材料对水生生物的毒性机制研究目前还较少，尤其从分子角度研究纳米材料对水生生物的影响机制还鲜有报导。另外，由于纳米材料本生具有巨大的比表面积和高吸附能力，进入水环境中的行为非常复杂，若只单一考虑其对水生生物的影响而忽略对水中其它污染物的影响会较片面。因此，对于纳米材料对水生生物的毒性机制以及纳米材料进入水体后与水中污染物相互作用的研究还有待于进一步探索。参考文献1汤宏波纳米材料在生态环境方面的应用及潜在危害J新材料产业,2008,3251552GRAZYNABP,GOLIMOWSKIJ,PAWELLURBANNANOPARTICL

11、ESTHEIRPOTENTIALTOXICITY,WASTEANDENVIRONMENTALMANAGEMENTJWASTEMANAGEMENT,2009,29258725953汤洪宵环境纳米材料及其生态风险J水处理信息报导,2006,63124熊道文,李政,方涛纳米材料的水生态毒理学研究进展J环境污染与防治,2009,3145毕永红,胡征宇纳米材料对环境和健康的潜在危害J上海环境科学,2006,2552142176单志强纳米材料特性极其在环境保护领域的应用J环保材料,2005,2324267李泉,曾广斌纳米粒子J化学通报,1995,6298白伟,张程程,姜文君,等纳米材料的环境行为及其毒理学

12、研究进展J生态毒理学报,2009,421741829ADAMSLK,LYONDY,ALVAREZPJJCOMPARATIVEEO0RTOXICITYOFNANOSCALETIO2,SIO2,ANDZNOWATERSUSPENSIONSJWATERRESEARCH,2006,40193527353210ZHANGY,CHENY,WESTERHOFFP,ETA1STABILITYOFCOMMERCIALMETALOXIDENANOPARTICLESINWATERJWATERRESEARCH,2008,428911CHENZ,MENGH,XINGGM,ETALACUTETOXICOLOGICALEF

13、FECTSOFCOPPERNANOPARTICLESINVIVOJTOXICOLOGYLERE,2006,163210912012白茹,王雯,金星龙,等纳米材料生物安全性研究进展J环境与健康杂志,2007,241596113田文静,白伟,赵春禄,等纳米ZNO对斑马鱼胚胎抗氧化酶系统的影响J中国环境科学,2010,30570570914玉晓微,赵占克,韩冰,等纳米二氧化硅对斑马鱼胚胎发育毒性的初步研究J生态毒理学报,2009,4567568115但志刚,倪瑾PEG功能化碳纳米管的制备及对斑马鱼的毒性实验研究J纳米加工工艺,2009,61303316刘信勇,朱琳多壁碳纳米管存在环境下PB、ZN对斑

14、马鱼毒性的变化J生态毒理学报,2009,4682683317袭著革,林治卿纳米尺度物质对生态环境的影响极其生物安全性的研究进展与展望J生态毒理学报,1320320818朱小山,朱琳,朗宇鹏,等富勒烯及其衍生物对斑马鱼胚胎发育毒性的比较J中国环境科学,2008,28217317719朱小山,朱琳,朗宇鹏,等人工纳米材料富勒烯（C60）低剂量长期暴露对鲫鱼的氧化伤害J环境科学,2008,29485586020ZHUSQ,OBERDORSTERE,HAASCHMLTOXICITYOFANENGINEEREDNANOPARTICLEFULLERNE,C60INTWOAQUATICSPECIES,DAP

15、HNIAANDFATHEADMINNOWJMARENVIRONRES,2006,62S15921BAUNA,SORENSENSNETALTOXICITYANDBIOACCUMULATIONOFXENOBIOTICORGANICCOMPOUNDSINTHEPRESENCEOFAQUEOUSSUSPENSIONSOFAGGREGATESOFNANOC60JAQUATICTOXICOLOGY,2008,86322张万忠,刘景民,周智敏纳米TIO2的研究与应用进展J石油化工,2007,36111184118923朱小山,朱琳,田胜艳,等三种碳纳米材料对水生生物的毒性效应J中国环境科学,2008,28324熊勤,刘治华,张一卉,等纳米杀藻布杀藻效果研究J环境科学,2006,27471571925张婷,唐萌纳米颗粒吸入毒性研究进展J卫生研究,2008,375633636