納米金屬氧化物對藻類致毒機理研究進展

摘 要：隨著納米金屬氧化物在電子工業、個人護理產品、結構材料等領域的廣泛應用，人們開始關注納米金屬氧化物對環境造成的潛在風險。本文綜述了納米金屬氧化物對藻類的致毒機理，展望了納米金屬氧化物毒性效應的研究方向。

關鍵詞：納米金屬氧化物;藻;毒性機理

中圖分類號： 文獻標識碼：A

納米材料指三維中至少一個維度在1～100 nm之間的天然或人造材料。與常規尺寸材料相比，納米尺寸的材料具有獨特的物理、化學性質。這其中納米金屬氧化物（metallic oxide nanoparticles，MO-NPs）具有優良的電導率和熱導率，使其在不同的領域都得到廣泛應用。

微藻是一類處于食物鏈最低營養級的自養生物，是海洋初級生產力的重要組成部分。許多生態毒理學研究都使用微藻作為實驗模型，它們可能受到各種污染的強烈影響。MO-NPs大量使用中會不可避免地在自然環境中遷移轉化，最終進入海洋，使近海區域成為納米材料的“匯”，從而對海洋生態系統以及海洋生物產生影響。本文綜述了MO-NPs對藻類的可能致毒機理。

1? 納米材料對藻類致毒機理的研究

1.1? 對生長的影響

微藻生長情況主要體現于細胞數目的變化。研究人員使用納米TiO2對蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）進行毒性效應實驗發現100 mg/L的納米TiO2使小球藻細胞數下降53.03%。根據研究報道納米CuO對萊茵衣藻（Chlamydomonas reinhardtii）的毒性效應，發現隨著納米CuO濃度的升高，96 h時生物量由對照組的1705.25個/mL下降至382.41個/mL。

1.2? 遮蔽效應

光合作用是藻類賴以生存的關鍵機制，它經常被用于研究藻類與污染物的相互作用中。光合作用受到影響的原因主要有兩點：捕獲的光能減少，或光系統II（photosystem II， PSII）受到損傷。文獻表明，MO-NPs的遮光效應使得光系統II的功能光學截面減少。同時，3種微藻亞心形扁藻（Platymonas subcordiforus）、旋鏈角毛藻（Chaetoceros curvisetus）和中肋骨條藻（Skeletonema costatum）的生長抑制與納米氧化鈷的遮蔭效應相關。同時，也有研究表明MO-NPs對藻細胞不存在遮蔽效應，用TiO2遮擋斜生柵藻（Scenedesmus obliquus），發現藻類的生長并未受到抑制。

1.3? 金屬離子釋放

有學者認為MO-NPs對藻類的毒性主要由溶液中釋放出的金屬離子造成的，有研究表明納米ZnO對羊角月牙藻（Selenastrum capricornutum）的毒性主要來自溶解的Zn2+。也有研究者認為金屬離子釋放并非是主要致毒機理，在納米ZnO、ZnO、ZnSO4對四爿藻（Tetraselmis suecica）和三角褐指藻（Phaeodactylum tricornutum）的毒性效應研究中，發現納米ZnO對兩種藻毒性高于ZnO和ZnSO4，說明除了金屬離子的作用外，納米ZnO可能存在其他毒性機制。有學者研究了納米ZnO、ZnO、ZnCl2對大型蚤（Daphnia magna）和普通小球藻（Chlorella vulgaris）的毒性效應，發現ZnCl2使大型蚤和普通小球藻的死亡率達到75%和63%，而納米ZnO、ZnO處理未發現大型蚤的死亡，說明金屬離子可能不是MO-NPs致毒的主要機制。

1.4? 氧化損傷

MO-NPs毒性研究最多的是氧化應激，它是一種較為公認的致毒機制。ROS主要包括H2O2、O2-？、？OH等，當細胞內產生少量ROS時，細胞內抗氧化酶系統會清除ROS使細胞免受損傷;ROS濃度升高或未被及時清除會導致其與細胞的生物分子產生相互作用，導致具有毒性和誘變作用的終產物合成。如納米Ag會誘導ROS的產生，從而導致納米Ag對萊茵衣藻的毒性。

1.5? 細胞壁、細胞膜損傷

ROS的產生會引起較大的細胞損傷，比如膜流動性喪失和不飽和脂質氧化。微藻的結構變化可通過TEM觀察到，如有科研人員觀察到納米ZnO使羊角月牙藻細胞壁變形。納米材料也可能通過間接方式損傷藻類細胞膜與細胞壁，通過SEM觀察到由納米TiO2光催化作用引起萊茵衣藻細胞膜和細胞壁官能團的過氧化。

1.6? 吸收性

MO-NPs可能會穿過細胞壁和細胞膜進入藻類細胞，對細胞造成損傷。多項研究發現MO-NPs進入到藻細胞細胞質中。在中肋骨條藻細胞內發現納米TiO2，在中肋骨條藻細胞中發現納米ZnO，這些MO-NPs對藻類生長造成不良影響。

2? 展望

水環境中存在著各種環境因子，可能對MO-NPs的毒性機理產生一定變化，今后的研究要從與環境因子共同作用來開展。

參考文獻：

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[2]范功端，陳薇，鄭小梅，彭慧萍. 2018. 納米材料對藻細胞毒性效應及致毒機理. 生態毒理學報. 13（02）： 23-33.

[3] 齊金秋. 2016. 納米氧化銅對萊茵衣藻的脅迫效應研究. [碩士學位論文]. 泰安：山東農業大學.

作者簡介：

王政潤（1995-），男，碩士在讀，主要從事環境毒理學方面的研究.

基金項目：天津市水產產業技術體系尾水處理崗位（ITTFR2018047）;省部級重點實驗室開放基金課題：不同營養條件下兩種典型納米顆粒對小球藻的毒性效應及機制研究.