腐殖酸对纳米氧化锌致斑马鱼毒性的缓解作用

利用动态光散射(dynamic light scattering,DLS)探究了腐殖酸(humic acid,HA)对纳米氧化锌(ZnO-NPs)悬浮液Zeta电位和水动力直径的影响,并以斑马鱼为受试生物,将ZnO-NPs(0、1、5、10和20 mg·L^(-1))、ZnO-NPs(20 mg·L^(-1))+HA(0、3、6、12和24 mg·L^(-1),以碳计)对斑马鱼胚胎进行96 hpf暴露,研究ZnO-NPs对斑马鱼胚胎的急性毒性效应以及HA对ZnO-NPs致斑马鱼胚胎毒性的缓解作用及其机理。结果显示,ZnO-NPs在水中Zeta电位绝对值随浓度增加而降低,水动力直径增大,呈现浓度-效应关系,这表明ZnO-NPs在溶液中极易发生团聚。加入不同浓度的HA后,HA吸附在ZnO-NPs表面,增加了ZnO-NPs的Zeta电位绝对值,降低其水动力直径,这表明HA减少了ZnO-NPs的团聚。ZnO-NPs使斑马鱼胚胎的存活率降低,存在剂量-效应关系,而HA的加入使暴露在ZnO-NPs中的斑马鱼胚胎存活率升高,通过显微观察发现,ZnO-NPs团聚后易粘附于斑马鱼胚胎绒毛膜表面,导致了纳米颗粒与斑马鱼胚胎的接触概率和时间增加,HA的加入使胚胎绒毛膜表面粘附的纳米颗粒减少。HA的加入可显著降低生物有机体内的自由基水平,使抵御氧化应激的超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性逐渐恢复正常。结果显示,HA的加入缓解了ZnO-NPs致斑马鱼胚胎的毒性,其作用机理主要通过降低ZnO-NPs的团聚作用及其引起的氧化应激行为。

PS和ZnONPs颗粒生态冠复合物的赋存状态及形成规律

水环境中的生物大分子会在水中残留的颗粒物表面形成生态冠,从而影响颗粒物的赋存状态和生态行为.本研究测定了纳米氧化锌(ZnONPs)和聚苯乙烯微塑料(PS)与斑马鱼体外生物大分子作用形成的生态冠复合物的形貌、组分、水动力学直径及Zeta电位等,以此探究微、纳米颗粒生态冠复合物的赋存状态与形成规律.结果表明,斑马鱼体外生物大分子主要含有类酪氨酸蛋白、类色氨酸蛋白、类富里酸、可溶解性生物副产物和类腐殖酸.扫描电镜观察发现,PS和ZnONPs表面部分或全部被生物大分子包裹,形成生态冠复合物.三维荧光光谱分析发现,PS和ZnONPs对各类生物大分子亲和力不同.随着作用时间延长(3~24 h),在PS生态冠组分中类酪氨酸蛋白的占比逐渐增加,类腐殖酸的占比逐渐减少;ZnONPs生态冠中这两类生物大分子组分的变化趋势呈相反的变化趋势;这两种生态冠复合物的组分变化都呈现时间-效应关系.PS-生态冠复合物和ZnONPs-生态冠复合物的水动力学直径都随着作用时间延长而增加.然而这两种生态冠复合物的Zeta电位绝对值却呈现不同的时间-效应关系,PS-生态冠复合物的Zeta电位绝对值随着作用时间延长而增加,ZnONPs-生态冠复合物的Zeta电位绝对值随着作用时间延长而减小.上述结果表明,微、纳米颗粒在水体中的赋存状态与其所处生物环境、生态冠组分、表面电荷、水动力学直径等具有密切相关性,这为进一步研究微、纳米颗粒物在水体中的生态效应提供了重要的研究思路和科学依据.

纳米氧化锌对大型溞肠道组织毒性效应及机理研究

研究了不同浓度纳米氧化锌(ZnONP)及其在水中释放的对应浓度的Zn^(2+)溶液对大型溞(Daphniamagna)肠道组织显微和亚显微结构的影响,探讨了ZnONP对大型溞的肠道组织毒性效应特征和作用机理.结果表明,0.3 mg·L^(-1)-Zn^(2+)组(Zn^(2+)浓度0.170 mg·L^(-1))和0.3 mg·L^(-1) ZnONP溶液皆对大型溞的肠道造成损伤,主要导致大型溞中肠与直肠之间的连接处发生扭曲,其中ZnONP对肠道组织结构弯曲影响最为明显,0.3 mg·L^(-1) ZnONP组引起大型溞个体最大肠道弯曲率高达42%.大型溞肠道组织HE染色结果显示,ZnONP暴露会造成大型溞肠道上皮组织断裂、胞间连接空泡化、纹状缘模糊及杯状细胞脱落等,而相对应浓度Zn^(2+)组的毒性较弱.电子显微镜下对大型溞肠道组织亚显微结构观察发现,0.3 mg·L^(-1) ZnONP处理组大型溞肠道上皮细胞组织出现微绒毛排列紊乱、脱落、溶解,上皮细胞松散,线粒体双层膜结构不完整,嵴溶解消失,核糖体增多等现象.0.3 mg·L^(-1)-Zn^(2+)组大型溞肠道组织上皮细胞有损伤,但整体结构基本完整.从ZnONP和对应的Zn^(2+)所产生的毒性效应特征和各组大型溞机体中Zn元素含量的测定分析,ZnONP对大型溞造成的肠道组织损伤不仅与其释放的Zn^(2+)引起的毒性有关,更可能与大型溞对颗粒物摄取的方式或ZnONP在体内的积累量、排泄速率和作用的细胞器等有关.因此,ZnONP对肠道组织毒性效应产生的分子机制还需要进一步研究.