人工纳米颗粒在水体中的环境行为及对水生植物的致毒机制

进入水体的人工纳米颗粒（NPs）会发生悬浮、团聚和沉降等一系列复杂过程，对水生生态系统产生潜在影响，从而危害环境及人类健康。研究NPs在水体中的环境行为和生物毒性效应，阐明其作用机制已成为当前NPs环境效应研究的重点。本项目以TiO2、CuO、单壁及多壁纳米碳管四种典型的人工合成NPs为研究对象，利用透射/扫描电镜、能量透射过滤式显微镜、共聚焦显微镜、原子力显微镜、全自动物理-化学吸附仪、荧光显微镜、ICP-MS等新技术与方法研究NPs在自然水体中的悬浮性能,探明DOM、离子强度和pH对NPs悬浮性能及对水生植物毒性效应的影响，客观评价NPs在水体中的环境行为；并通过植株木质部汁液及各组织中NPs的动态观测，确定NPs进入植物体的主要途径，搞清NPs在植株体中的迁移和蓄积规律；以分离得到的植物细胞为材料，确定植物细胞的损伤位点、原初反应及次生代谢过程，阐明NPs的植物致毒机制。

进入水体的人工纳米颗粒（NPs）会发生悬浮、团聚和沉降等一系列复杂过程，对水生生态系统产生潜在影响，从而危害环境及人类健康。研究NPs在水体中的环境行为和生物毒性效应，阐明其作用机制已成为当前NPs环境效应研究的重点。本项目以CuO、纳米碳管等典型NPs为研究对象，利用透射/扫描电镜、共聚焦显微镜、原子力显微镜、全自动物理-化学吸附仪、荧光显微镜、ICP-MS等新技术与方法研究NPs在水体中的悬浮性能，探明DOM等对NPs悬浮性能及生物致毒机制。主要研究成果包括：（1）DOM对NPs在水环境中悬浮、分散与聚集过程的影响，结果表明，DOM的疏水基团可吸附在纳米颗粒的表面，亲水基团暴露于水溶液中，从而提高了纳米颗粒的亲水和悬浮能力，同时，暴露在水体中NPs表面积增大，使得其负载有机污染物的能力相应增加，提高了NPs的环境风险；DOM通过表面修饰改变NPs的电荷性质和悬浮性能，其生物致毒机制在不同物种间存在明显差异。（2）NPs在高等植物体内的跨膜运输、迁移转化及生物可利用性。证实ENPs可进入高等植物根系统并进行跨膜运输确定内吞作用是高等植物根系细胞对ENPs吸收的主要方式；直接实验证据证明了NPs可在高等植物根系-地上部之间的木质部和韧皮部运移。（3）NPs-PAHs在模拟人体系统中的吸附/解吸行为。证明了吸附PAHs等有机污染物的NPs 进入模拟的呼吸及消化系统后，生物分子通过增溶和竞争吸附作用致使有机污染物从NPs上 释放出来，生物可利用性大幅度提高，环境风险显著增加。（4）提出了ENPs对人体肺表皮细胞A549的摄取、致毒原初反应及外排等生物响应机制。