氧化镍纳米粒子对海藻的细胞毒性和致毒机理研究

本项目针对我国沿海临港工业群迅猛发展过程中，因机械加工制造业在焊接过程中产生大量的NiO纳米粒子，从而存在的海洋纳米污染及对海洋生物的危害的问题，通过合成具有与焊接环境产生的NiO纳米粒子相似尺寸和形貌的NiO纳米粒子，以绿球藻Chlorococcum sp.和孔石莼Ulva pertusa为模式生物，依据纳米材料的生物毒性与纳米材料的尺寸相关性原理，研究NiO纳米粒子剂量、尺寸和形貌的变化对受迫海藻细胞的形态学指标和生理学指标的影响。研究细胞内活性氧的变化和单细胞遗传物质的损伤等，揭示细胞内活性氧的变化与细胞内氧化应激反应发生状态之间的内在规律，进而提出建立在纳米粒子的量子尺寸效应、表面效应等特性基础上的生物毒性机理。本研究不仅可以为重金属氧化物纳米粒子的细胞毒性和毒性机制研究提供基本的原始数据，也为海洋重金属氧化物纳米污染的监测和生物修复技术提供基础研究的依据。

依照OECD 201藻类生长抑制方法考察了两种尺度（纳米级和微米级）NiO颗粒对小球藻生长的影响，得出NiO的毒性大小与颗粒的尺度有关，尺度越小毒性越大，并且其抑制作用呈现出明显的剂量依赖效应。根据OECD和欧盟毒性评价标准，可将NiO纳米材料的生态毒性危险类别定义为急性2级，对小球藻有毒；NiO微米颗粒的毒性较低，可定义为慢性3级毒性，对小球藻有害。通过光学显微镜和电子显微镜（TEM）观察分析，得出不同分散环境对NiO纳米颗粒的团聚状况有影响，纳米颗粒在海水中的团聚程度要高于超纯水。另外藻类会与纳米颗粒相互作用，形成微界面，并促进其团聚和沉降。研究了小球藻与NiO纳米颗粒之间的生物界面转化效应，分析了NiO纳米颗粒与小球藻细胞作用前后镍元素价态的变化，经检测有单质镍存在，说明小球藻细胞中的某些物质与NiO（镍为二价）发生了化学反应，将二价镍还原成零价镍。72h NiO纳米颗粒处理会对小球藻产生氧化损伤，表现为高浓度处理下细胞内脂质过氧化水平显著上调，抗氧化酶CAT、SOD的活性显著增加。72h NiO纳米颗粒处理后细胞内叶绿素含量有所下降，PSⅠ反应中心蛋白psaB基因表达水平有下调趋势，而暗反应中rbcL基因表达水平有显著上调。可见NiO纳米颗粒暴露会对藻类光合系统产生影响。