（环境科学专业论文）cuo纳米颗粒对鲤鱼的致毒效应及在鲤鱼体内的分布.pdf

y 1 8 乏鲥圳芗 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的致毒效应及在鲤鱼体内的分布 ， j f x x 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得f l , j i j f 究 成果。据我所知，除了文巾特别加以标注和致澍的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育毛m , - j f l , j 学位或i i e 书使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示测意。 学位论文作者签名：事拨劈形 签字日期：吵年歹月f 夕同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位沦文的规定，并同意以下事 项： l 、学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允诩：论文 被杏阅和借阅。 2 、学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学q 卜国学术期 1 ：i j ( j 匕盘版) 电子杂志社”用于出版和编入c n k i 中国知识资源总库，授权r | j 国科学 技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库。( 保密的学何论 文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：豸必钐缸 签字f l 期：驯d 年6 月7 同 导师签字： 谚袁多 签字n 期：力珈年舌月夕门 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的致毒效应及在鲤鱼体内的分布 摘要 近年来，随着纳米材料的广泛应用，纳米颗粒对环境和生物的负面效应引起了 广泛关注。目日行，纳米颗粒的环境效益已经成为围际上的研究热点。纳米颗粒可以 通过各种途径进入水生生态系统巾，对水生生物如微生物、藻类、甲壳类动物和鱼 类等均可产生毒性作用，进而可能破坏水生生态系统原有的物质组成和结构，对水 生生态系统功能产生潜在的负面影响。水体巾的纳米颗粒可以进入鱼类体内并在鱼 类组织中蓄积，同时对鱼类产生毒性作用。然而，纳米颗粒在鱼类体内的吸收、分 和、蓄积规律及其对鱼类的致毒机制还不清楚。本研究的目的是确定c u o 纳米颗粒 对鲤鱼的最小致死浓度，在此浓度下研究c u o 纳米颗粒对鲤鱼的亚慢性毒性，确定 c u o 纳米颗粒在鲤龟体内的主要蓄积器官和随粪便排出量，并初步探讨c u o 纳米 颗粒列鲤鱼神经系统的作用机理，为深入理解c u o 纳米颗粒进入水体后的潜在生物 毒性及其毒性机制提供皋础数据。 本文首先研究了c u o 纳米颗粒( 1 0r i m ) 对鲤鱼的9 6h 急性毒性作用。结果表 明，c u o 纳米颗粒可导致鲤鱼行为异常如粘液分泌增加、浮力控制异常和活性降低。 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的毒性作用不明显，其毒性随浓度的增加而增j j l i ，且其毒性大 于微米颗粒。进一步的实验将以1 0 0m gl 一的c u o 纳米悬浮液确定为暴露浓度，研 究c u o 纳米颗粒对鲤鱼的亚慢性毒性。 对鲤鱼的亚慢性毒性研究表明，c u o 纳米颗粒可抑制鲤鱼的生长，且c u o 纳 米颗粒的抑制程度强于c u o 微米颗粒和c u 2 + 溶液。暴露后，c u o 纳米颗粒组鲤鱼 组织巾c u 含量高于其微米颗粒和c u 2 + 溶液。c u o 纳米颗粒暴露后各组织c u 含量 大小次序为：肠 鳃 其它组织 肝 皮肤和鳞 肌肉 脑，c u o 纳米颗粒主要分 斫i 在鲤鱼的肠、鳃和其它组织中。此外，鲤鱼暴露于c u o 纳米颗粒后，粪便巾的 c u 含量随着暴露时问的增加而增加，且c u o 纳米颗粒组鲤鱼粪便的c u 含量明显高 于c u o 微米颗粒和c u 2 + 溶液组。 c u o 纳米颗粒可能穿透血脑屏障而进入鲤鱼脑中，并在腑组织中不断蓄积。本 研究初步的结果表明，c u o 纳米颗粒暴露之后可导致鲤鱼脑组织t l ，的胆碱酯酶活性 降低，从而可能影响神经系统的正常功能，进而引起鲤鱼暴露之后的行为异常。 关键词：鲤鱼；c u o 纳米颗粒；分布；神经系统 t o xice f f e c to fc u on a n o p ar ticie sa n dt h eirdis trib u tio n inc a r p ( o y p r i n u sc a r p o ) a b s t r a c t a d v e r s eef f e c to fn a n o p a r t i c l e so nt h ee n v i r o n m e n ta n do r g a n i s m sh a sr e c e n t l yd r a w n m u c ha t t e n t i o nw i t ht h ei n c r e a s i n gu s eo fn a n o p a r t i c l e s t h ee n v i r o n m e n t a lb e n e f i to f n a n o p a r t i c l e sh a sb e c o m eah o tt o p i ci nt h ei n t e r n a t i o n a la r e n ac u r r e n t l y n a n o p a r t i c l e s c a ne n t e ra q u a t i ce c o s y s t e m sv i av a r i o u sw a y s ，a n db et o x i ct oa q u a t i co r g a n i s m ss u c ha s m i c r o b e s ，a l g a e ，c r u s t a c e a n sa n df i s ha n ds oo n i tm a yd a m a g et h eo r i g i n a lc o m p o s i t i o n a n ds t r u c t u r eo fa q u a t i ce c o s y s t e m ，a n df i n a l l ys h o wp o t e n t i a l l yn e g a t i v ee f f e c t st o a q u a t i ce c o s y s t e m s n a n o p a r t i c l e si nw a t e rc a ne n t e rf i s ha n dt h e na c c u m u l a t ei nt h e o r g a no ff i s h ，a n ds h o wt o x i ce f f e c t so nf i s ha tt h es a m et i m e h o w e v e r , t h ea b s o r p t i o n ， d i s t r i b u t i o n ，a c c u m u l a t i o na n dt o x i cm e c h a n i s mo fn a n o p a r t i c l e si nf i s hi su n c l e a r t h e p u r p o s eo ft h i ss t u d y i st od e t e r m i n et h em i n i m u ml e t h a lc o n c e n t r a t i o no fc u o n a n o p a r t i c l e st oc a r p ，a n ds t u d yt h es u b - c h r o n i ct o x i c i t yo fc u on a n o p a r t i c l e st oc a r pa t t h i sc o n c e n t r a t i o n t h e nd e t e r m i n et h em a i no r g a n so fc a r pt h a ta c c u m u l a t e dc u o n a n o p a r t i c l e sa n dt h ec o n t e n to fc u on a n o p a r t i c l e sf o l l o w e dw i t hf e c a le x c r e t i o no fc a r p w ea l s oe x p l o r e dt h et o x i cm e c h a n i s mo fc u on a n o p a r t i c l e st ot h en e r v o u ss y s t e mo f c a r p a l lo ft h e s ec a np r o v i d i n gb a s i cd a t aa n db eu s e f u lt oi n d e p t hu n d e r s t a n d i n gt h e p o t e n t i a lb i o l o g i c a lt o x i c i t ya n dm e c h a n i s mo fc u on a n o p a r t i c l e si nw a t e r t h e 9 6 ha c u t et o x i c i t yo fc u o n a n o p a r t i c l e s ( 1 0n l n ) t oc a r pw a si n v e s t i g a t e df i r s t l y t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tc u on a n o p a r t i c l e sc o u l dc a u s et h eb e h a v i o r a lc h a n g eo fc a r p s u c ha si n c r e a s e dm u c u ss e c r e t i o n ，l e s sg e n e r a la c t i v i t ya n dl o s so fe q u i l i b r i u m c u o n a n o p a r t i c l e sh a dn oo b v i o u s l y a c u t e t o x i c i t y t oc a r p ，b u tt o x i ci n c r e a s e da st h e c o n c e n t r a t i o n s ，a n dc u on a n o p a r t i c l ew a sm o r et o x i c t h a ni t sb u l kp a r t i c l et o c a r p t h e r e f o r e ，t h ec o n c e n t r a t i o no f10 0m gl w a su s e dt oi n v e s t i g a t et h es u b c h r o n i c t o x i c i t yo fc u on a n o p a r t i c l e st oc a r p t h es u b c h r o n i ct o x i c i t yt e s ts h o w e dt h a tt h eg r o w t ho fc a r pw a si n h i b i t e da f t e r e x p o s u r et oc u on a n o p a r t i c l e ，a n dt h ed e g r e eo fi n h i b i t i o nw a sh i g h e rt h a ni t sb u l k p a r t i c l ea n dc u 肘s o l u t i o n c uc o n t e n t si nc a r pa n di t so r g a n sw e r et h eh i g h e s ti nt h ec u o n a n o p a r t i c l eg r o u p t h eo r d e ro fc uc o n t e n t si nt h eo r g a n so fc a r pw a si n t e s t i n e g i l l s o t h e r s l i v e r s k i na n ds c a l e s m u s c l e b r a i n a n dc u on a n o p a r t i c l ew a sm a i n l yi nt h e i n t e s t i n e ，g i l la n do t h e rt i s s u e so fc a r p i na d d i t i o n ，c uc o n t e n t si n t h ef a e c e so fc a r p i n c r e a s e dw i t hi n c r e a s i n ge x p o s u r et i m e c uc o n t e n t si nt h ef a e c e so fc a r pa f t e re x p o u r s e t oc u o n a n o p a r t i c l e sw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a ti nc u ob u l kp a r t i c l e sa n dc u 2 + s o l u t i o n c u on a n o p a r t i c l e sm a yp e n e t r a t et h eb l o o d b r a i nb a r r i e ra n de n t r yt h eb r a i no fc a r p ， a n da c c u m u l a t ei nt h e b r a i nc o n t i n u e l y t h er e s u l t so fo u rs t u d ys h o w e dt h a tb r a i n c h o l i n e s t e r a s ea c t i v i t yo fc a r pd e c r e a s e da f t e re x p o s u r et oc u on a n o p a r t i c l e s ，w h i c hm a y a f f e c tt h en o r m a lf u n c t i o no fn e r v o u ss y s t e m ，t h e r e b yc a u s i n ga b n o r m a lb e h a v i o ro fc a r p k e yw o r d s ：c a r p ：c u on a n o p a r tic ie s ：dis t rib u tio n ；n e r v o u ss y s t e m 目录 0 前言1 l 绪论2 1 1 研究背景与意义2 1 1 1 纳米颗粒及其性质2 1 1 2 纳米颗粒又j 环境和生物的毒性效应研究2 1 2 纳米黝j 粒在水生生态系统中的行为及其对水生生物的毒性3 i 2 1 纳米颗粒在水生生念系统中的行为3 1 2 2 纳米颗粒刘水生生物的毒性4 1 3 纳米黝i 粒对鱼类的毒性研究现状4 1 3 1 纳米颗粒剥4 鱼类的毒性作用4 1 3 2 纳米颗粒在鱼类体内的分仰6 1 3 3 纳米颗粒列鱼类可能的毒性作用机制7 1 4c u o 纳米颗粒及其毒性8 1 4 1c u o 纳米颗粒性质及应用9 1 4 2c u o 纳米颗粒的毒性研究9 1 5 研究目的与内容1 0 1 5 1 研究目的1 0 1 5 2 研究内容1 0 2c u o 纳米颗粒对鲤鱼的急性毒性作用1 2 2 1 引言1 2 2 2 利料与力法l3 2 2 1 材料13 2 2 2 实验方法13 2 2 3 分析方法14 2 3 结果与时论1 4 2 3 1c u o 纳米颗粒及其悬浮液性质表征1 4 2 3 2c u o 纳米剁 粒刈鲤鱼的急性毒性作，f j 1 4 2 4 小结17 3c u o 纳米颗粒在鲤鱼体内的分布1 8 3 1 引言l8 3 2 材料与方法1 9 3 2 1 利。牛；| 19 3 2 2 实验方法2 0 3 2 3 分析方法2 l 3 3 结果与讨论2 2 3 3 1c u o 纳米颗粒对鲤鱼生长的抑制2 2 3 3 2c u o 纳米颗粒在鲤鱼体内各组织的含量2 3 3 3 3c u o 纳米颗粒在鲤鱼体内各细织的分布2 6 3 3 4c u o 纳米颗粒在鲤鱼粪便内的含量2 8 3 4 ，卜结2 9 4c u o 纳米颗粒对鲤鱼神经系统的影响3 1 4 1 弓l 言3 1 4 2 材料与方法3 2 4 2 14 ：4 料3 2 4 2 2 实验方法3 2 4 2 3 分析方法3 3 4 3 结果与讨沦3 5 4 3 1 不同纳米颗粒对j 1 酰胆碱酯酶的吸| ；f i 4 和抑制3 5 4 3 2c u o 纳米颗粒刘鲜鱼脑组彭1 月f j 碱酯酶活性的影响3 8 4 3 3c u o 纳米颗粒对鲤鱼可能的毒f ，l 机制3 9 4 4 j 、结4l 5 结沦与展望4 3 4 4 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的致毒效应及红鲤鱼体内的分布 0 前言 近年来，随着纳米技术的飞速发展，人工纳米材料的种类也越来越多，其在 生命、信息、材料、环境、能源和国家安全等方面具有广泛的应用自订景。然而， 在纳米产品的生产、使用和处理等过程中，纳米颗粒( 粒径 1 0 0 n m ) 不可避免 地会被释放到环境中，对生物产生潜在危害。目前，纳米颗粒的环境效益已经成 为国际上的一个研究热点。 纳米颗粒可以通过大气沉降、运输中的意外泄漏、工业和生活废水以及水循 环等途径最终进入水生生态系统( 如河流、湖泊和海洋) 中。进而可能与水生态 系统各组成成分间相互作用而破坏水生生态系统原有的物质组成和结构，对生态 系统功能产生潜在的负面影响。研究表明，人工纳米颗粒对水生生物如微生物( 细 菌) ( h u a n g 等，2 0 0 8 ) 、藻类( a m o j a 等，2 0 0 9 ) 、甲壳类动物( 水蚤) ( b l i n o v a 等， 2 0 1 0 ) 和鱼类( k i n g h e i d e n 等，2 0 0 9 ) 等均可产生毒性作用，其毒性大小依赖 于水体和纳米颗粒自身的理化特征，即纳米颗粒的粒径、表面特性、制备途径和 处理过程以及纳米颗粒和水生态系统各组成成分间的相互作用等多种因素。然 而，水生生态系统中纳米颗粒在鱼类体内的吸收、分布、蓄积及其对鱼类的致毒 机制还不清楚。纳米颗粒对水生生物食物链可能造成的影响也未见报道。 本文通过研究c u o 纳米颗粒对鲤鱼的急性毒性作用，初步确定了c u o 纳米 颗粒对鲤鱼的最小致死浓度，在此浓度下研究了c u o 纳米颗粒对鲤鱼的亚慢性 毒性和在鲤鱼体内各组织的分布，确定了c u o 纳米颗粒在鲤鱼体内的主要蓄积 器官和随粪便排出量，观察了对主要蓄积器官的组织病理损伤，并初步探讨了 c u o 纳米颗粒对鲤鱼神经系统的作用机理，为深入理解c u o 纳米颗粒进入水体 后的潜在生物毒性及其毒性机制提供了基础数据。 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的敏毒效应及神：鲤鱼体内的分布 1 绪论 1 1 研究背景与意义 1 1 1 纳米颗粒及其性质 纳米颗粒是指尺寸在1 1 0 0 n m 之问的颗粒( m o o r e2 0 0 6 ；c h r i s t i a n 等2 0 0 8 ； a u f f a n 等，2 0 0 9 ) 。在化学组成相同时，纳米颗粒比其大颗粒尺寸小、比表面积 高和表面活性强，故纳米颗粒具有许多大颗粒所不具备的新的物理化学特性，如 小尺寸效应、体积效应、表面效应、量子效应和宏观量子隧道效应等。这些特性 使得纳米颗粒的物理机械性能( 如强度和韧性) 、比热、催化能力、导电率、扩 散率、磁化率、光学和电磁波吸收性能等方面均优于普通材料。纳米颗粒还具有 特殊的光催化、光电化学和化学反应等特性。此外，纳米粒子表面的原子或分子 数与总原子或分子数的比率随着颗粒尺寸的减小呈指数增加。与较大的颗粒相 比，增加的表面活性预示纳米颗粒将具有更大的生物活性。因此，纳米颗粒在许 多领域如电子、生物医学、化妆品与衣服、能源、催化和环境等应用十分广泛 ( m e d i n a 等，2 0 0 7 ) 。 近年米随着纳米技术的发展，纳米颗粒的应用日益增加。据统计，人工纳米 颗粒2 0 0 4 年的生产和使用量是2 0 0 0 吨，估计2 0 11 - 2 0 2 0 年会增加至5 8 0 0 0 吨 ( m a y n a r d ，2 0 0 6 ) 。然而，在广泛应用的同时，生产纳米颗粒及应用纳米颗粒作为 原料的生产车间工人的职业接触、纳米颗粒在纳米制品的损耗过程中释放出来而 引起的环境暴露，以及人们直接应用纳米颗粒制成的化妆品、药品及食物等，都 使纳米颗粒不可避免地被释放到环境中，人们也有可能比过去在更大范围内暴露 于纳米颗粒。因此，纳米颗粒对环境和生物潜在的负面效应不容忽视。 1 1 2 纳米颗粒对环境和生物的毒性效应研究 纳米颗粒在生产、使用和废弃处理过程中会不可避免地释放出来而引起环境 暴露，从而可能会对生态环境和人类健康产生不可预测的危害。2 0 0 7 年对 w o o d r o ww i l s o n 地区商品的调查表明，该地区有5 8 0 种包含纳米材料的商品， 且4 5 的纳米产品可能通过各种途径( 如食物、化妆品和医药) 直接暴露于人类 2 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的致毒效应及红鲤鱼体内的分布 ( h a n s e n 等，2 0 0 8 ) 。纳米颗粒对许多生物如线虫( 如c a e n o r h a b d i t i se l e g a n s ) 、 藻类( 如p s e u d o k i r c h n e r i e l l as u b c a p i t a t a ) 、鱼类( 如斑马鱼d a n i or e r i o ) 和哺 乳动物( 如小鼠) 均能产生毒性作用( w a n g 等，2 0 0 9 ；a r u o j a 等，2 0 0 9 ； k i n g h e i d e n 等，2 0 0 9 ；c h o u 等，2 0 0 8 ) 。l i a o 等( 2 0 0 9 ) 的研究表明，空气中存 在的高浓度t i 0 2 ( 1 0 3 0n m ，锐钛矿相) 可能由于足够小而通过皮肤、呼吸系统 或胃肠道进入人体，从而对车间内的工作人员可能产生一定的细胞毒性作用。纳 米颗粒也可穿透血脑屏障或者经触突传递穿过嗅球上皮细胞而进入中枢神经系 统( m e d i n a 等，2 0 0 7 ) 。如水悬浮的荧光纳米颗粒可以穿透皿脑屏障进入透明 青鲻( o r y z i a sl a t i p e s ) 的脑中( k a s h i w a d a ，2 0 0 6 ) 。w a n g 等( 2 0 0 8 a ，b ) 对小鼠 鼻腔滴注t i 0 2 纳米颗粒，发现t i 0 2 纳米颗粒可以经过嗅球进入中枢神经系统， 导致小鼠腑部出现严重的氧化损伤。因此，了解和掌握纳米颗粒在环境( 包括大 气、水体和土壤) 中的迁移、转化、归趋等复杂行为，以及对人类健康和生态系 统潜在的毒性效应具有非同寻常的重大科学意义和实际价值，它关系到未来纳 米颗粒、纳米器件及纳米技术的健康发展，关系到我们自身和生活环境的健康。 1 2 纳米颗粒在水生生态系统中的行为及其对水生生物的毒性 1 2 1 纳米颗粒在水生生态系统中的行为 纳米颗粒可以通过空气沉降、运输中的意外泄漏、工业和生活废水以及水循 环等途径最终进入水生生态系统中。纳米颗粒一旦进入水生环境，会在布朗运动 和重力等作用下在水体中发生悬浮、团聚和沉降等一系列复杂过程。1 ) 纳米颗 粒会由于粒径小、比表面积大和表面活性高，极易发生团聚。2 ) 纳米颗粒表面 都带有电荷，又拥有大的比表面积，在水中可以吸附多种类型的分子。3 ) 纳米 颗粒可通过鳃、嗅球或体表进入水生生物体内，在生物体内蓄积。4 ) 纳米颗粒 具有较强的吸附性能，极有可能与天然水体中普遍存在的有机质的相互作用而改 变其本身的特性，从而影响纳米颗粒对水生生态系统中的毒性。5 ) 纳米颗粒比 表面积大、吸附作用较强，其会吸附在天然水体中的各种大颗粒物表面而形成微 界面。富集在微界面上的纳米颗粒其水环境行为会更强烈，且其可能会随着水体 悬浮大颗粒物进行长距离大范围迁移，从而拓宽纳米颗粒的水环境毒理学影响范 围。因此，水环境微界面对于纳米颗粒意义重大( 白伟等，2 0 0 9 ) 。纳米颗粒性 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的致毒效应及钮鲤鱼体内的分布 质的差异币h i i - j ：物因素如温度、p h 、离子强度和有机质等会影响纳米颗粒在水 环境中的行为，使之聚集或沉积。聚集或被有机质吸附的纳米颗粒不易迁移，但 可以被底栖生物和滤食性生物吸收。 纳米颗粒的粒径、表面积及表面特征等会由于其多种水体环境行为而发生一 系列的改变，这些改变均会问接或直接影响到纳米颗粒的水生态毒理效应。如 f e r r y 等( 2 0 0 9 ) 的研究表明金纳米颗粒很可能从河1 5 1 水体迁移至海洋食物网中。 此外，纳米颗粒在水生生态系统食物链中可能会有生物放大作用( f a r r 6 等， 2 0 0 9 ) 。水生态系统中可能受到纳米颗粒影响的种群数量很大，其可能对个体、 种群甚至生态系统造成破坏，所以对纳米颗粒进行水生态毒理学研究很重要。 1 2 2 纳米颗粒对水生生物的毒性 当纳米颗粒被排放到水体中后，会对水生生态系统产生一定的毒性效应，毒 性大小依赖于水体和纳米颗粒自身的理化特征，即纳米颗粒的粒径、表面特性、 制备途径和处理过程以及纳米颗粒和水生态系统各组成成分间的相互作用等多 种因素现有实验室条件下的研究表明，纳米颗粒暴露之后可对水生生物如微生 物( 细菌) 、藻类、水蚤和鱼类等产生毒性作用。如z n o 纳米颗粒与无乳链球菌 和金黄色葡萄球菌接触后可破坏二者的细胞膜( h u a n g 等，2 0 0 8 ) 。a r u o j a 等 ( 2 0 0 9 ) 七匕ht 山l lc u o 纳米颗粒对微藻( p s e u d o k i r c h n e r i e l l as u b c a p i t a t a ) 的毒性强于 其相对应的微米级颗粒。l o v e m 和k l a p e r ( 2 0 0 6 ) 研究表明，经助悬浮、过滤 后的富勒烯c 6 0 和经超声的c 6 0 颗粒对水蚤( d a p h n i am a g n a ) 的4 8h 半致死浓 度( l c 5 0 ) 分别为0 4 6 和7 9m gl 。单壁碳纳米管s w c n t 可沉积在虹鳟鱼 f o n c o r h y n c h u sm y k i s s ) 肠道内腔等组织，导致其鳃增生和水肿、小脑肿胀并出现 动脉瘤、肝细胞出现凋亡体和细胞核分裂异常( s m i t h 等，2 0 0 7 ) 。 总之，纳米颗粒一旦进入水生生念系统就必然对其中的生物产生潜在的影 响，最终对人类的健康产生危害( b a u n 等，2 0 0 8 ；k l a i n e 等，2 0 0 8 ) 。 1 3 纳米颗粒对鱼类的毒性研究现状 1 3 1 纳米颗粒对鱼类的毒性作用 纳米颗粒在生产、运输和消费过程中不可避免的会进入大气、水体和二t 壤中。 4 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的敛毒效应及柏猹哩鱼体内的分布 纳米颗粒在环境中的运输最终中止于水体和土壤中( n o w a c k 和b u c h e l i ，2 0 0 7 ) 。 相对于土壤，水体中纳米颗粒的迁移能力更强、影响范围更广。纳米颗粒在水体 中由于御朗运动和重力等的作用可能会发生悬浮、团聚和沉降等一系列复杂过 程，列水生生态系统具有潜在的影响。鱼类在水生生态系统的食物链中起着承上 启下的作用，是纳米颗粒在水生环境食物链上传递和迁移的关键一环。因此，水 生环境中纳米颗粒对鱼类的潜在毒性作用受到普遍关注。 大量研究表明，水体中的大部分纳米颗粒可对鱼类产生毒性作用。例如， a g 纳米颗粒极可能作用于鲈鱼( p e r c a f l u v i a t i l i s ) 鳃的表面，导致鲈鱼气体交换 能力减弱，进而降低鲈鱼在氧气耗竭过程中从水中吸取氧气的能力，最终使鲈鱼 体内缺氧( b i l b e r g 等，2 0 1 0 ) 。t i 0 2 纳米颗粒可引起虹鳟鱼( o n c o r h y n c h u sm y k 括s ) 鳃浮肿及片层增厚，同时引起鳃与肠中n a + k + - a t p a s e 活性显著降低( f e d e r i c i 等，2 0 0 7 ) 。c u 纳米颗粒对斑马鱼( d a n i or e r i o ) 有急性毒性，其4 8h 的半致死 浓度l c 5 0 为1 5m gl 1 。同时，c u 纳米颗粒可导致斑马鱼的鳃上皮细胞增生、 初级与中级鳃片水肿，且这种损伤随c u 纳米颗粒浓度的增加而增加( o r i f f i t t 等， 2 0 0 7 ) 。s e 纳米颗粒可抑制鲫鱼( c a r a s s i u sa u r a t u sg i b e l i o ) 的生长( z h o u 等， 2 0 0 9 ) 。h a o 等( 2 0 0 9 ) 的研究表明，鲤鱼( c y p r i n u sc a r p i o ) 暴露于1 0 0a n d2 0 0 m g l 。的t i 0 2 纳米颗粒后可以导致鳃丝水肿及鳃片层增厚，肝脏中出现肝细胞 坏死和凋亡。水相富勒烯c 6 0 长期暴露时对鲤鱼( c a r a s s i u sa u r a t u s ) 的亚致死浓 度为0 0 4 一1 0m gl 一，其可抑制鲤鱼幼体的生长( z h u 等，2 0 0 8 ) 。t i 0 2 纳米颗粒可 引起虹鳟龟( o n c o r h y n c h u sm y k i s s ) 浮力控制异常( f e d e r i c i 等，2 0 0 7 ) 。q d s ( c d s e c o r e z n s 。h c l l ) 纳米颗粒可导致斑马鱼( d a n i or e r i o ) 幼体死亡( k i n g h e i d e n 等，2 0 0 9 ) 。斑马鱼( d a n i or e r i o ) 胚胎暴露于c e 0 2 纳米颗粒( 2 0n m ，2 0 0m gl o ) 悬浮液后，其胚胎孵化率降低1 5 ( h o e c k e 等，2 0 0 9 ) 。斑马鱼( d a n i or e r i o ) 胚胎暴露于富勒烯c 6 0 与c 7 0 后可导致畸形、心包水肿与死亡增加，且c 6 0 导致 整个胚胎坏死与凋亡的细胞死亡( u s e n k o 等，2 0 0 7 ) 。刘红云等( 2 0 0 9 ) 的研究表 明，纳米z n o 颗粒对斑马鱼( d a n i or e r i o ) 胚胎孵化抑制作用明显，即z n o 颗 粒列。斑马鱼胚胎的毒性较大，且其毒性与浓度之间存在一定的剂量效应关系。 a g 纳米颗粒可严重损害斑马鱼胚胎发育，且其对斑马鱼胚胎的毒性与浓度成j f 比，导致斑马鱼胚胎孵化率降低、孵化幼体脊索不正常、心跳弱、眼睛损伤、尾 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的致毒效应及4 ：鲤鱼体内的分布 巴卷曲( l e e 等，2 0 0 7 ；y e o 等，2 0 0 8 ) 。 综上所述，当纳米颗粒被排放到水体中后，会对鱼类产生一定的毒性效应， 毒性大小依赖于水体和纳米颗粒自身的理化特征，即纳米颗粒的粒径、表面特性、 制备途径和处理过程以及纳米颗粒和水生态系统各组成成分间的相互作用等多 种因素。如h e n r y 等( 2 0 0 7 ) 的研究表明富勒烯c 6 0 悬浮液对斑马鱼( d a n i or e r i o ) 幼体的毒性主要来源于其溶剂四氢呋喃( t h f ) 。 1 3 2 纳米颗粒在鱼类体内的分布 纳米颗粒可能通过水体暴露、膳食暴露或皮肤接触进入鱼体，通过m 液进入 其他组织并在组织中蓄积，同时在一些器官如肝中进行代谢，最后可能由肝肼! 或 肾肼! 排泄出体外( h a n d y 等2 0 0 8 b ) 。纳米颗粒可以通过鱼类的鳃或肠糕膜进入 血液循环，但通过嗅觉神经的迁移还未见报道( k a h r u 和d u b o u r g u i e r ， 2 0 1 0 ) 。j o h n s t o n 等( 2 0 1 0 ) 的研究表明，水环境中聚集程度较强的金属氧化物 纳米颗粒极易经 进入水生生物体内，而未经修饰的金属氧化物纳米颗粒通过水 流或经口进入鱼类体内的可能性很小，且纳米颗粒通过鳃进入鱼类体内可能性不 大。 斑马鱼( d a n i or e r i o ) 暴露于5 0 0l a gl - i 的c e 0 2 纳米悬浮液之后，其肝中的 c e 显著增加；虹鳟鱼( o n c o r h y n c h u sm y k 括s ) 暴露于t i 0 2 纳米悬浮液2 4 9 6 h 后， 其鳃组织上皮细胞表面出现了高达3l a m 的t i 0 2 团聚体，还有一部分位于鳃丝 第一或第- ) q 。层的表面( j o h n s t o n 等，2 0 1 0 ) 。斑马鱼( d a n i or e r i o ) 胚胎暴露 于c e 0 2 纳米颗粒( 2 0n m ，2 0 0m gl 。) 悬浮液后，其绒毛膜表面附有很多c e 0 2 纳米颗粒团聚体( h o e c k e 等，2 0 0 9 ) 。而富勒烯c 6 0 ( 3 9 4 n m ) 在透明青鲻( o r y z i a s 肠，咖p s ) 肋i 胎发育过程中主要进入蛋黄和胆囊中，在成年青鲻体内主要富集在鳃 与肠中，睾丸、肝、皿液中也可检测到。此外，富勒烯c 6 0 ( 3 9 4 n m ) 还可穿透 m 脑屏障，最终进入青鲻的大脑( k a s h i w a d a ，2 0 0 6 ) 。富勒烯c 6 0 长期暴露时，其 对鲤鱼( c a r a s s i u sa u r a t u s ) 幼体的靶器官可能是肝脏( z h u 等，2 0 0 8 ) 。c u 纳米 颗粒对斑马鱼( d a n i or e r i o ) 的靶器官是鳃( g r i f f i t t 等，2 0 0 7 ) 。a g 纳米颗粒可通 过斑马鱼( d a n i or e r i o ) 胚胎表面的绒毛孔道进入胚胎内部，进行布朗扩散( l e e 等，2 0 0 7 ；y e o 等，2 0 0 8 ) 。c h e n g 等( 2 0 0 9 ) 将荧光标记的多壁碳纳米管m w c n t s 6 c u o 纳米颗粒对鲤鱼的敛毒效应及力i 鲤鱼体内的分布 注射进斑马鱼( d a n i or e r i o ) 胚胎后发现，m w c n t s 可以通过增殖分佑在除卵 黄细胞的所有胚盘细胞中。因此，纳米颗粒一旦进入鱼体，会分布在鱼不同的器 官组织中，并对器官造成不同程度的损伤。纳米颗粒对鱼类的靶器官可能是鳃、 肝或脑。 此外，纳米颗粒比表面积大、吸附能力强，纳米颗粒对水体中污染物的吸附 可能会对污染物的迁移、转化、生物富集等产生影响，从而影响水体中纳米颗粒 的生态毒性或改变其他污染物的毒性。如t i 0 2 纳米颗粒存在时可增加鲤鱼 ( c y p r i n u sc a r p i o ) 对a s 和c d 的蓄积( z h a n g 等，2 0 0 7 ；s u n 等，2 0 0 7 ；s u n 等， 2 0 0 8 ) 。其中c d 在鲤鱼体内的浓度增加了1 4 6 ，且c d 浓度与t i 0 2 浓度呈正相 关。a s ( v ) 在鲤鱼体内的浓度增加了1 3 2 。t i 0 2 纳米颗粒和c d 、a s 主要蓄 积在鲤鱼的鳃、肠、胃等内脏和肌肉中。 1 3 3 纳米颗粒对鱼类可能的毒性作用机制 目前，对绝大多数纳米颗粒的生物毒性机制还不清楚，很难进行分类。可能 的毒性机制包括细胞膜完整性破坏、蛋白质氧化和变性、基因毒性、电子和能量 传输系统破坏、氧化胁迫等。纳米颗粒对鱼类的可能毒性机制主要从氧化胁迫和 细胞病理学( 肿瘤的形成、基因毒性) 两个方面进行研究。 1 ) 氧化胁迫 2 0 0 4 年o b e r d 6 r s t e r 等报道了黑鲈( m i c r o p t e r u ss a l m o i d e s ) 暴露于富勒烯c 6 0 4 8h 后，脑组织产生严重的脂质过氧化，同时鱼鳃谷光甘肽( g s h ) 消耗到一种 临界水平。u s e n k o 等( 2 0 0 8 ) 的研究表明，富勒烯c 6 0 可引发对斑马鱼胚胎的氧 化胁迫效应。而q d s ( c d s e 陀z n s 。h e i i ) 纳米颗粒由于在斑马鱼( d a n i or e r i o ) 胚 胎内降解而导致胚胎内部出现氧化胁迫( k i n g h e i d e n 等，2 0 0 9 ) 。t i 0 2 纳米颗粒 自身或在紫外线照射下，会产生o h 、c 0 2 一、0 2 - 和h 2 0 2 等活性粒子，对鱼类细 胞如g f s k s l ( 金鱼皮肤细胞) 、r t g 2 ( 虹鳟鱼生殖细胞) 等引发氧化胁迫效应， 使细胞存活率和溶酶体完整性降低，导致d n a 氧化损伤( 如d n a 链断裂、d n a 碱基鸟嘌呤的氧化) ( r e e v e s 等，2 0 0 8 ；v e v e r sa n dj h a ，2 0 0 8 ；d o d da n dj h a ，2 0 0 9 ) 。 鲤鱼幼体长期暴露于水相富勒烯c 6 0 巾可能会产生氧化胁迫，明显诱导鳃与肝超 氧化物歧化酶( s o d ) 币l l 过氧化氢酶( c a t ) 产生，同时使二者中的谷光甘肽f g s h ) c u o 纳米颗粒对鲤鱼的敛毒效j 衄及4 i 鲤鱼体内的分布 降低，导致鳃与脑中脂质过氧化明显( z h u 等，2 0 0 8 ) 。此外，a g 纳米颗粒还可使 斑马鱼( d a n i or e r i o ) 胍胎内的过氧化氢酶( c a t ) 活性增加( l e e 等，2 0 0 7 ；y e o 等，2 0 0 8 ) 。h a o 等( 2 0 0 9 ) 的研究表明，鲤鱼( c y p r i n u sc a