纳米氧化锌致大型溞的毒性效应特征
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摘要：大型溞生活在天然水域，属于浮游甲壳类动物，因此与其他水生生物相比，更容易受到影响。本文对纳米氧化锌致大型溞的毒性效应特征进行了分析，以期为相关工作提供借鉴。
关键词：纳米氧化锌;大型溞;毒性效应;蜕皮
中图分类号：X172 中图分类号：A 文章编号：2095-672X（2019）07-0-01
Abstract：Large cockroaches live in natural waters and belong to planktonic crustaceans， so they are more susceptible to impact than other aquatic organisms. In this paper， the toxic effect characteristics of large strontium induced by nano-zinc oxide were analyzed， in order to provide reference for related work.
Key words：Nano zinc oxide;Large strontium;Toxic effect;Suede
大型溞（Daphnia magna）是国际公认的标准测试生物。自1978年被美国环境保护局（EPA）确认为毒理学生物模型以来，由于其对毒物的敏感性，易取样和简单的试验等多方面优势，引起了科学界的高度重视和关注。本文试图探索大型溞的ZnONP毒性效应特征，对纳米材料的合理评估将为潜在的水生生物毒性提供科学依据。
1 金属纳米材料在水环境中的传输
随着对纳米材料和含有纳米材料的产品的需求不断增加，它们主要来自涂料、颜料、个人护理产品、电子及光学工业。通过食物链、食物网或生物放大，导致高营养生物毒性水平的影响，最终对整个水生生态系统和人类造成了严重影响，同时其他污染物将导致协同污染，最终将对饮用水源构成威胁。
2 材料和方法 （Material and method）
（1）大型溞（Daphnia magna）已在我们的实验室中培养了几代，并且保持了良好的生长状态，这限制了它的繁殖。
（2）ZnONP悬浮液的制备和表征。
①试验药品 CaCl2·2H2O，MgSO4·7H2O，NaH-CO3，KCl等均为分析纯，ZnONP 购自上海麦克林公司，干燥粉末状，纯度>99%，粒径为30±5nm。
②人工稀释剂的配制。标准稀释剂的配制应在使用前一天进行。用于制备标准稀释剂的试剂是分析纯的，并且去离子水的电导率小于或等于10μS/cm。加入超声搅拌制备240mg/L的预留液。在正式实验之前，将预留液体超声处理30min，并制备成实验浓度。超声搅拌30min后，得到纳米悬浮液用于实验。
③ZnONP的表征和稳定性。研究制备24mg/L ZnONP悬浮液，超声波进行30min，从一次性滴管中取出几滴悬浮液并在箔上干燥，然后制备SEM样品。通过SEM观察ZnONP在水中的表面形态。 ZnONP的沉降行为以纳米悬浮液的吸光度变化为特征。通过分析纳米粒子尺寸的变化来确定ZnONP在水中的团聚行为暂停具体方法是将含有不同浓度ZnONP悬浮液的比色皿放入Zeta电位分析仪中进行测量。通过在室温下测量3min获得ZnONP的表面电位值。
（3）观察毒性处理和毒性效应指标。
在实验之前，将大型溞放入烧杯中，孵育6～24h。将“母亲”暴露于静水中48h，每24h更换一次水而不进食。根据初步实验的结果，形式实验浓度设定为0、2.5、3、6、12和24mg / L，每个浓度具有三个平行组。大型水溞的表面结构以sem为特征，其游泳的垂直高度由摄像机记录。在相同条带下制备具有相同测试浓度的ZnONP悬浮液24h，然后在高速离心机下以20000g的离心力离心35min。根据该结果，制备具有相同锌离子浓度的硫酸锌溶液，并用上述方法用大型溞（daphnia magna）感染。观察并记录大型溞的死亡情况，以评价ZnONP溶解锌离子对大型溞的毒性作用。
3 結果与讨论
3.1 ZnONP形态表征和稳定性
用纯水和稀释剂分别制备ZnONP处理液，在电子显微镜下观察形貌，纯水分散的ZnONP颗粒尺寸无显着差异。用稀释水分散ZnONP。在分散后放置ZnONP时发生严重的附聚，并且附聚物的尺寸变化并且大部分呈块状和颗粒状。平均直径大于30nm，最大粒径为50～60μm。ZnONP悬浮液浓度为6mg/L时各组的Zeta电位变化不大，表明24h后颗粒分散不良。
3.2 ZnONP表征大型溞表面结构损伤
为了进一步观察ZnONP附着在生物体上的大型溞（Daphnia magna）表面的毒性作用，在暴露的magna分布，颗粒清晰度（7a），低浓度处理组（1.5，3mg/L）的大m表面。发生悬垂，一些斑块出现在少量颗粒物质上，高浓度（6，12，24mg/L）处理组大m。高浓度组中的ZnONP和大颗粒确实会积聚并附着在大型溞体表面，导致体表损伤，这与大型溞的死亡直接相关。
3.3 ZnONP对大型溞（Daphnia magna）渗出的影响
为了研究ZnONP对大型溞渗出的影响，对大型溞成功渗出的频率进行了统计分析。对照组大型溞的蜕皮过程持续4h，各处理组大型溞的蜕皮过程延迟4h。对照组，治疗组蜕皮过程持续8h。各组大型溞成功蜕皮率保持不变，持续8-12h。处理24h后，除6mg/L外，治疗组大型溞蜕皮率没有因死亡数增加而增加。对照组和其他治疗组大型溞的成功蜕皮率增加，对照组最高。结果表明，ZnONP处理延缓了大型溞的蜕皮时间，降低了蜕皮速率。原因可能是ZnONP附着在大型水溞的表面， 导致大型水溞的繁重生长和未能蜕皮，导致死亡。这一结论得到了一些大型溞在蜕皮过程中蜕皮的证实。这与Coors A和Nasser关于纳米材料诱导的大型溞异常的研究结果一致。需要进一步的研究来了解ZnONP誘导的大型水溞游泳行为的变化和蜕皮率降低的分子机制。
4 结论
ZnONP对大型溞的毒性作用呈现出时间-效应关系。ZnONP在低浓度处理组释放锌离子对大剂量死亡率没有影响，高浓度处理组死亡率低于15%，相应的ZnONP高于80%，这意味着ZnONP具有一定的毒性。大型水溞蜕皮行为延迟，蜕皮成功率降低，这与ZnONP在水溶液和大型溞表面的聚集和粘附直接相关。
5 研究前景
到目前为止，虽然金属纳米材料对污水处理系统中微生物聚集体的毒性研究取得了一定进展，但金属纳米材料对活性污泥和生物膜的毒性作用机理及其对水处理系统的影响研究还不够全面。天然水体中纳米材料经污水处理厂尾水排入水环境后的迁移转化及纳米材料对微生物的影响研究才刚刚开始。同时，大多数研究采用室内短期暴露试验，纳米材料的浓度远远高于环境中的实际浓度，缺乏对该领域的长期监测和实验研究，因此产生了负面影响。水生态系统中的纳米材料无法准确反映出来。未来的研究方向包括以下几个方面：生物膜结构中的污水处理系统比活性污泥更复杂，其金属纳米材料的毒性响应可能与活性污泥不同，因此需要进一步阐明纳米材料对水处理系统的潜在影响;作为一种常见的环境介质，天然水生物膜可以富集水中的大量污染物，因此，迫切需要研究金属纳米材料与天然水生物膜的相互作用，并需要通过长期连续监测分析其对天然生物膜群落结构的影响;天然生物膜广泛涉及物质循环和能量流动的水生态系统，金属纳米材料可能对生物膜中的微生物群落产生毒害作用，是影响其生态功能等天然生物膜水净化的金属纳米材料，特别是对于特定物质循环、参与迁移及其功能性细菌将是未来研究的重点研究，现已证实纳米材料的环境效应和生态安全具有重要的理论和现实意义。
参考文献
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收稿日期：2019-03-15
作者简介：郑凯静（1989-），女，汉族，硕士研究生，中级职称，研究方向为生态、水生生物学。
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