碳纳米管-有机物复合污染的蚯蚓分子生态毒理学研究

摘要：纳米科学是二十一世纪三大支柱科学领域之一。随着生产和应用的快速发展，纳米材料通过各种途径进入环境而成为纳米污染物的机会相应增加，并可能与其他污染物相互作用成为纳米复合污染，进而对人类健康和生态环境产生潜在危险。本项目以碳纳米管和有机污染物五氯酚为研究对象，以陆生无脊椎动物蚯蚓为模式生物，在考察两者单独作用对蚯蚓急性致死及回避行为影响的基础上，重点研究低剂量长期暴露下碳纳米管-有机物复合污染对蚯蚓的生物效应，分别从个体水平、细胞水平、分子水平上探讨碳纳米管和五氯酚并存下对蚯蚓的毒性作用，结合纳米材料对蚯蚓的细胞和遗传毒性阐明纳米复合污染对蚯蚓的致毒机制。研究成果将为揭示纳米材料进入土壤环境对生态系统和人体健康的潜在风险和环境影响提供科学依据。

本项目以赤子爱胜蚓（Eisenia foetida）作为受试生物，在实验室条件下对多壁碳纳米管（MWCNTs）进行表征，并探讨了MWCNTs对PCP-Na的吸附作用，同时以蚯蚓回避试验、生理生化响应及DNA损伤等作为毒理学测试指标，研究了不同生物标志物在MWCNTs和PCP-Na单独和联合作用下的响应。研究结果可为揭示纳米材料进入土壤环境对生态系统和人体健康的潜在风险和环境影响提供科学依据。主要结果如下：. 利用恒温振荡法以及结构表征研究了MWCNTs对PCP-Na的吸附解吸特征。结果表明MWCNTs对PCP-Na的吸附及解吸均在较短的时间内达到平衡，相对于吸附量来说，解吸量较小，等温吸附符合Langmuir吸附模型。利用三种常用暴露系统（滤纸接触、溶液接触及土壤接触法）研究了MWCNTs和PCP-Na对赤子爱胜蚓的急性毒性。结果表明，在MWCNTs浓度高达1000 mg/kg下，蚯蚓仍无死亡。在自然土壤中，50 mg/kg MWCNTs处理组对蚯蚓DNA有明显损伤，然而在相同浓度下的人工土壤中碳纳米管处理组对蚯蚓回避率并无显著影响。人工土壤暴露7天和14天后，PCP-Na对蚯蚓的半数致死浓度（LC50）分别为176.0 和 71.1 mg/kg。在35.6 mg/kg浓度处理组，PCP-Na可引起蚯蚓回避行为，而在较低浓度1.4 mg/kg下，就可引起基因毒性。回避试验结果表明MWCNTs和PCP-Na单独加入或者吸附后加入暴露，它们对蚯蚓都是协同作用。在低浓度下，两种暴露方式对蚯蚓的联合作用并无明显差异。彗星实验并不适用于两种化合物的联合毒性检测，因为彗星实验的各个参数在高浓度PCP-Na染毒时低于低浓度染毒组。通过滤纸法对蚯蚓进染毒，研究MWCNTs和PCP-Na对蚯蚓抗氧化系统的影响。结果表明，PCP-Na能引起明显的急性毒性，而MWCNTs能引起轻微的毒性。MWCNT和PCP-Na联合作用下各种酶活的变化不同于他们单独暴露下的结果。实验结果还说明除溶液法暴露以外，其他两种暴露系统下，MWCNTs可以减弱PCP-Na对蚯蚓的毒性。