《水環境中人工納米材料對砷生物轉化的影響及其機理》是依託清華大學，由朱小山擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：水環境中人工納米材料對砷生物轉化的影響及其機理
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：朱小山
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當前有關人工納米材料(MNMs)與現有污染物的相互作用研究主要集中在MNMs對現有污染物生物毒性和生物富集的影響，鮮見對污染物生物代謝和轉化作用方面的研究。然而，對某些重要的環境污染物，如重金屬砷（As）等，其在生物體內的代謝和生物轉化過程既是生物對污染物解毒或耐受性大小的關鍵，也是污染物生物地化循環過程的重要一環。為理解是否MNMs本身,或者MNMs與污染物相互作用形成複合物後，可能改變污染物的生物代謝和轉化過程，本課題在前期研究基礎上，擬選擇典型MNMs和易生物轉化污染物As為實驗對象，利用現代分析技術：考察MNMs與As共存時，As在生物體內代謝/轉化行為的改變情況及其作用規律；進而嘗試從MNMs—污染物相互作用以及As生物轉化的代謝和分子路徑的變化來闡明MNMs影響污染物生物轉化的潛在機制，為探索MNMs進入環境後的特殊毒性作用過程與機制提供科學基礎。
結題摘要
人工納米材料（MNMs）與環境中其他污染物的相互作用研究已成為納米毒理學、環境化學與環境地學的交叉研究前沿。MNMs能夠吸附環境中污染物形成複合物，一方面增加生物對污染物的富集，另一方面極有可能改變污染物的生物代謝/轉化，進而改變污染物在生物體內和環境中的賦存狀態，最終影響其生物效應和地化循環。本課題針對上述問題，選擇已市場化的典型 MNMs（以nTiO2為代表）和易生物轉化的污染物（以砷為代表），利用現代分析技術和儀器研究 MNMs 存在下，水體中砷在三角褐指藻和翡翠貽貝體內的代謝/轉化行為，以探明 MNMs 是否影響砷的生物轉化和毒性效應及其影響機制，以評估其潛在的環境和人類健康風險。課題首先完成了典型人工納米材料即金屬氧化物納米材料nTiO2和砷共同存在下的兩種受試生物中砷生物轉化行為，以及單獨砷存在下nTiO2分別對兩種受試生物中砷生物轉化行為，發現了nTiO2改變了砷在兩種受試生物體內的轉化行為。進一步考察nTiO2與砷的相互作用是否為nTiO2影響砷生物轉化的關鍵因素和相應機制。首先對於三角褐指藻而言，nTiO2隨著濃度的不同對三角褐指藻的砷轉化出現了不同的影響，低濃度下，nTiO2會加強砷的毒性並抑制三角褐指藻對砷的轉化作用，而高濃下，nTiO2會抑制砷的毒性並促進三角褐指藻對砷的轉化作用。這種現象可能是nTiO2與砷的相互作用和本身nTiO2在培養基的中的沉降行為導致砷在懸浮液濃度的改變所導致的。另外，在Q-PCR的結果也表明nTiO2會導致三角褐指藻體內砷代謝的相關基因表達發生改變。對於底棲動物翡翠貽貝來說，我們採用了單獨砷暴露後再加入nTiO2，發現暴露於nTiO2會顯著促進貽貝中As的積累。砷形態分析表明，用nTiO2處理可增加無機砷的比例，但減少有機砷的比例，對無機砷的甲基化和解毒具有抑制作用。此外，暴露於nTiO2會擾亂貽貝的滲透調節系統。總體而言，這些結果表明，nTiO2可能會增加砷對海洋生物動物甚至人類的危害，並破壞自然環境中砷的生物地球化學循環。
