零價納米鐵對斑馬魚的形態(tài)學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性和深入地面的潛力等特點，能夠有效去除有機物、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面效應，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面影響，然而目前對其毒性效應和毒性機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制尚沒有明確的定論，仍需要進一步的研究和論證。
　　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的影響，利用比較三種不同物質(zhì)基因表達差異，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，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達到最大值（21.22±0.21μg/mg干重）。可以推斷，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:上皮細胞出現(xiàn)殘損，有些甚至出現(xiàn)脫落，鰓小片上皮細胞水腫以及柱細胞變形。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產(chǎn)生影響，且三種處理在基因表達水平所產(chǎn)生的變化是相似的；通過GO和KEGG富集分析，其差異表達基因功能類和通路的富集未發(fā)現(xiàn)納米效應

7、的特殊影響，納米顆粒懸浮液和FeCl2所引起的基因表達的類型是相同的。這說明鐵納米顆粒懸浮液誘導的基因表達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