摘要
砷(As)作为一种丰富的自然元素和重要的环境污染物，对人类健康具有严重危害。自然水体中的As污染已经成为一个重要的公共健康问题。纳米二氧化钛(nano-TiO2)作为目前使用最广泛的纳米材料之一，在其产品生命周期内都可能会被释放到水生生态系统中，造成潜在的生态环境风险。同时，nano-TiO2对其他污染物如As等重金属具有很强的吸附能力，其与As在水环境中的相互作用会对水生生物产生联合毒性效应。然而，现有关于两者联合毒性效应的研究主要关注淡水水生生物，且多以短期急性毒性试验为主。考虑到河口与近海环境As污染问题的普遍性以及长期慢性暴露更接近实际暴露环境，本研究选取nano-TiO2、五价砷(As(Ⅴ))及咸水食物链中的“杜氏盐藻—咸水丰年虾”为研究对象，通过实验周期28天的多批次单独和联合暴露实验，研究揭示nano-TiO2与As(Ⅴ)联合暴露对两种浮游生物的慢性毒理效应与机制，并了解nano-TiO2对As在咸水食物链“杜氏盐藻—咸水丰年虾”中传递特征的影响。本研究的主要内容和结果如下: 首先，本文通过测定杜氏盐藻的藻密度和叶绿素浓度、nano-TiO2在杜氏盐藻中的累积、亚细胞分布，以及观察杜氏盐藻细胞超微结构，探究了nano-TiO2与As(Ⅴ)联合暴露对杜氏盐藻的慢性毒理效应与机制。结果发现:0.10mg/LAs(Ⅴ)不会抑制杜氏盐藻的生长，而1.00mg/L和10.00mg/Lnano-TiO2对杜氏盐藻均存在慢性毒性，能抑制杜氏盐藻的生长和叶绿素的合成，并破坏藻细胞膜和细胞核的正常结构，且nano-TiO2与As(Ⅴ)联合暴露下nano-TiO2对杜氏盐藻的毒性效应减弱。在nano-TiO2与As(Ⅴ)联合暴露下，nano-TiO2在杜氏盐藻中的累积降低。与相应的nano-TiO2单独暴露组相比，联合暴露组(As+1.00mg/Lnano-TiO2和As+10.00mg/Lnano-TiO2)杜氏盐藻对nano-TiO2的最高累积量分别显著下降54.18％±4.18％和15.91％±1.53％（p均小于0.05）。亚细胞分离结果表明，nano-TiO2与As(Ⅴ)联合暴露下nano-TiO2在杜氏盐藻细胞碎屑组分中的分布比例降低，显示nano-TiO2与As(Ⅴ)可能在藻细胞表面发生竞争吸附，从而导致杜氏盐藻对nano-TiO2的累积下降，使得nano-TiO2对杜氏盐藻的毒性降低。 其次，本文通过测定丰年虾的存活率和体长、As在丰年虾中的累积和亚细胞分布和观察丰年虾的肠道形态及超微结构，探究了nano-TiO2与As(Ⅴ)联合暴露对丰年虾的慢性毒理效应与机制。结果表明:28天低剂量As(Ⅴ)暴露导致丰年虾的存活率降低、肠道形态及肠道超微结构损伤，且nano-TiO2与As(Ⅴ)联合暴露对丰年虾的毒性效应增强。暴露前期（第7和14天），nano-TiO2存在条件下，丰年虾对As的摄入及排泄均增加;而暴露后期（第28天），nano-TiO2促进丰年虾排泄As的效应减弱，导致联合暴露组丰年虾体内As的累积增加。另外，与As(Ⅴ)单独暴露组相比，联合暴露组中As在丰年虾生物解毒组分—热稳定蛋白(HSP)组分中的分布比例下降。在暴露第7、14、21和28天时，联合暴露组(As+10.00mg/Lnano-TiO2)As在丰年虾HSP组分中的分布比例分别比As(Ⅴ)单独暴露组降低了20.74％±2.80％(p＞0.05)、39.83％±9.54％(p＜0.05)、43.27％±5.29％(p＜0.05)和50.91％±7.60％(p＜0.05)。因此，nano-TiO2可能会抑制丰年虾对As的解毒作用，从而导致As对丰年虾的毒性上升。 在nano-TiO2与As(Ⅴ)联合暴露对丰年虾的慢性毒性作用的研究基础上，我们进一步探究了nano-TiO2对As在咸水食物链“杜氏盐藻—咸水丰年虾”中传递特征的影响。结果表明:nano-TiO2能促进杜氏盐藻对As的累积，这可能与nano-TiO2存在条件下As在杜氏盐藻细胞碎屑组分中的分布比例显著上升有关(p＜0.05)。14天食物相As暴露实验证实:As能从杜氏盐藻传递到丰年虾，但As的生物放大因子(BMFs)远小于1。As(Ⅴ)与nano-TiO2联合暴露下，nano-TiO2能促进丰年虾对As的摄入与累积，这可能与nano-TiO2促进杜氏盐藻对As的累积有关。与As(Ⅴ)单独暴露组相比，在暴露第9、11和14天时，联合暴露组(As+10.00mg/Lnano-TiO2)丰年虾体内As的含量分别显著增加了23.88％±6.47％、35.06％±8.16％和64.43％±8.45％（p均小于0.05）。另外，与水相As暴露相比，食物相As暴露对丰年虾的形态发育的影响更为显著，能导致其体长、附肢发育受限和肠道损伤。然而，暴露后期（第14天）在10.00mg/Lnano-TiO2存在条件下，丰年虾的形态发育限制及肠道损伤有所缓解，这可能与10.00mg/Lnano-TiO2添加组As在丰年虾细胞器组分中的分布比例显著下降了35.86％±0.39％有关(p＜0.05)。 上述研究结果将为深入认识咸水环境中纳米颗粒与环境污染物之间的相互作用及其生物效应提供新的视角，并有助于我们对人造纳米材料在咸水环境中的潜在风险进行更为全面的评估。
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