纳米TiO2对小球藻和新月菱形藻的毒性研究
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摘要 研究了纳米tio2对小球藻（Chlorella sp.）和新月菱形藻（Nitzschia closterium）的毒性。15 d的试验结果表明，纳米TiO2对2种微藻的毒性均随着纳米TiO2浓度的增加而增强。但是，纳米TiO2对2种微藻生长的抑制作用呈现一定差异性，当水中纳米TiO2浓度低于9.0 mg/L时，纳米TiO2对小球藻生长产生的抑制作用强于新月菱形藻；当水中纳米TiO2浓度高于12.0 mg/L时，纳米TiO2对小球藻和新月菱形藻生长产生的抑制作用相近，生长相对抑制率均为40%左右。利用扫描电子显微镜观察了纳米TiO2对小球藻藻细胞个体形态的影响，发现纳米TiO2可以导致小球藻表面出现塌陷。
关键词 纳米TiO2；小球藻；新月菱形藻；毒性
中图分类号 X52 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）01-0217-03
Toxicity of TiO2 Nanoparticles to Chlorella sp. and Nitzschia closterium
SUN Yi 1 WANG Hua 1 * LV Feng-he 1 YU Chun-yan 2 LIU Heng-ming 3
（1 Engineering Research Center of Shellfish Culture and Breeding in Liaoning Province，College of Fisheries and Life Science，Dalian Ocean University，Dalian Liaoning 116023； 2 National Marine Environmental Monitoring Center； 3 School of Marine Science and Environment Technology，Dalian Ocean University）
Abstract The toxicity of titanium dioxide（TiO2）nanoparticles for Chlorella sp. and Nitzschia closterium was investigated. The results indicated that the toxicity of TiO2 nanoparticles was increased with the TiO2 nanoparticle concentration increasing. Under the same experimental conditions，these two species of microalgae showed different expressions within the same culture duration. When the concentration of TiO2 was lower than 9.0 mg/L，the inhibiting effect for Chlorella sp. was higher than that of Nitzschia closterium.When the concentration of TiO2 was higher than 12.0 mg/L，the inhibiting effect for both Chlorella sp. and Nitzschia closterium were the same，and the inhibiting effect reached about 40%. It could be found from the scanning electron microscopy image that the surface structure of Chlorella sp. shrinked under the treatment of high TiO2 nanoparticle concentration.
Key words TiO2 nanoparticles；Chlorella sp.；Nitzschia closterium；toxicity
纳米材料的表面效应、体积效应和量子尺寸效应使得纳米材料具有极大的比表面积和极高的化学反应活性，且所表现的力、声、热、光、电磁等性质也不同于块体材料[1]。但是，随着人工纳米材料的广泛应用，流失于环境中的纳米材料可能会影响生态环境安全。已有研究结果表明，部分纳米材料具有一定的生物毒性。例如，金星龙等研究了纳米ZnO、纳米NiO和纳米Fe2O3对小球藻Chlorella vulgaris的毒性效应，发现高浓度的纳米氧化物对小球藻均产生不同程度的生长抑制作用[2]。Francois等研究了纳米CuO对莱茵衣藻Chlamydomonas reinhardtii的毒性效应，发现纳米CuO对莱茵衣藻生长产生一定的影响[3]。王 秀等报道了纳米氧化铁对大型蚤Daphnia magna的急性毒性，发现暴露于纳米氧化铁悬乳液中48 h后，大型蚤的活动能力受到一定的抑制[4]。Hao等研究了纳米TiO2对鲤鱼Cyprinus carpio的毒性，发现水中的纳米TiO2会影响鲤鱼的生长[5]。
微藻是水生生态系统中最重要的初级生产者，微藻种类组成和群落结构变化直接影响水生生态系统的能量流动、物质循环和信息传递。此外，微藻的世代周期短，易于培养，对环境污染物有较高敏感性，常被作为评价环境污染的受试生物。目前，纳米TiO2作为一种新型的无机半导体材料，广泛应用于化工、环保、纺织、陶瓷、建筑等领域。本文选取海水饵料生物培养中常见的小球藻（Chlorella sp.）和新月菱形藻（Nitzschia closterium）为受试生物，研究了不同浓度纳米TiO2对这2种海洋微藻的毒性，进而为海水中纳米TiO2的生物安全评估提供基础数据，也为今后更加科学合理地使用纳米材料提供一定参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
纳米TiO2（P25，Degussa），含量>99.5%，粒径约为20 nm，白色粉体，混晶型。试验中所用玻璃器皿在使用前均用10%硝酸浸泡48 h，然后用去离子水洗净，经高温高压（121 ℃，15 min）灭菌后待用。
1.2 试验方法
1.2.1 微藻培养。微藻培养所需海水为砂滤的大连黑石礁近岸表层海水（S=30，pH=8.0），经煮沸后使用。试验用小球藻和新月菱形藻藻种由大连海洋大学藻种间提供。在无菌条件下，取生长良好的小球藻和新月菱形藻藻种分别接种到250 mL锥形瓶中，加入适量康威营养盐，在室温自然光照下培养。
1.2.2 毒性试验。称取一定量的纳米TiO2，用超纯水配制成纳米TiO2悬浊液，并通过超声使其充分分散。将适量TiO2悬浊液加入培养微藻的锥形瓶中，使溶液中纳米TiO2的浓度分别为0、3.0、6.0、9.0、12.0、15.0 mg/L，每个试验浓度梯度设置3个平行试验，试验持续时间为15 d。
1.2.3 微藻计数方法。分别于毒性试验开始后的1、3、5、7、9、11、13、15 d对小球藻和新月菱形藻取样，微藻生长状况采用细胞计数法表征。
1.2.4 相对抑制率计算。纳米TiO2对海洋微藻生长相对抑制率的计算公式为[6]：
IR（%）=（1CNt/N0）×100
式中，IR为相对抑制率，N0为对照组微藻细胞个数，Nt为纳米TiO2试验组微藻细胞个数。
1.2.5 扫描电镜观察。将15 d后对照组和15.0 mg/L纳米TiO2处理组的小球藻分别放入离心管中离心，离心后的藻细胞用2.5%的戊二醛固定，再经叔丁醇梯度逐级脱水后，真空干燥，喷金，样品在扫描电子显微镜（JEM-2000FX）下观察。
1.3 数据分析
采用SPSS 18.0软件分析所得试验数据，采用单因素方差法比较试验组与对照组及试验组之间的差异，P
2 结果与分析
2.1 纳米TiO2对小球藻的毒性
图1为水中纳米TiO2含量分别为0、3.0、6.0、9.0、12.0、15.0 mg/L时对小球藻生长的影响。可见，随着试验时间的延长，各组小球藻的密度均呈现增加的趋势。在1～5 d内，各试验组中小球藻数量增加不明显；从7 d开始，对照组和加入纳米TiO2的试验组中，小球藻藻细胞数量均开始出现增加；到11 d时，对照组小球藻类密度为2.88×106个/mL，而高浓度纳米TiO2（15.0 mg/L）处理组的藻细胞密度只有1.50×106个/mL；15 d时，对照组小球藻细胞密度达到3.34×106个/mL，远高于其他各试验组。从图1还可以看出，随着水中纳米TiO2浓度增加，小球藻藻细胞密度逐渐降低，表明纳米TiO2对小球藻生长的抑制作用随纳米TiO2浓度增加而增强。
图2为纳米TiO2浓度分别为3.0、6.0、9.0、12.0、15.0 mg/L时，对小球藻的相对抑制率。可见，各浓度梯度的纳米TiO2均对小球藻产生抑制效应，且相对抑制率随着时间增长逐渐增加。15 d时，纳米TiO2浓度分别为3.0、6.0 mg/L试验组的小球藻相对抑制率分别为24.43%和25.68%，两者差异不显著；9.0 mg/L试验组相对抑制率为33.17%，与3.0、6.0 mg/L试验组差异显著（P
图3为15 d时0 mg/L纳米TiO2对照组和15.0 mg/L纳米TiO2处理组中小球藻藻细胞的扫描电镜图。如图3a所示，对照组小球藻细胞饱满、完整，细胞表面光滑。图3b、c的扫描电镜图清晰显示了高浓度纳米TiO2处理组小球藻藻细胞形态发生的变化，可见小球藻藻细胞表面皱缩，部分细胞结构出现塌陷，且小球藻藻细胞间粘连严重。
2.2 纳米TiO2对新月菱形藻的毒性
图4为0、3.0、6.0、9.0、12.0、15.0 mg/L 纳米TiO2对新月菱形藻生长的影响。可见新月菱形藻密度均随着时间延长而增加，但与未加入纳米TiO2的对照组相比，各加入纳米TiO2组对新月菱形藻的生长均有一定程度的影响。15 d时，对照组新月菱形藻密度达到1.66×106个/mL，3.0 mg/L纳米TiO2试验组密度为1.58×106个/mL，但15.0 mg/L纳米TiO2处理组新月菱形藻细胞密度仅为9.47×105个/mL，说明纳米TiO2对新月菱形藻生长产生了影响。
图5为3.0、6.0、9.0、12.0、15.0 mg/L纳米TiO2对新月菱形藻生长的相对抑制率。可见，各浓度梯度的纳米TiO2对新月菱形藻生长均产生抑制，且生长相对抑制率随着纳米TiO2浓度的增加而增大。试验初期，低纳米TiO2浓度组（3.0、6.0 mg/L）均表现出较低的抑制效应，在前7 d相对抑制率都低于10%，组间差异不显著；在15 d时，3.0、6.0 mg/L纳米TiO2浓度组相对抑制率分别为15.03%和18.68%，说明随着试验时间延长，纳米TiO2的毒性逐渐显现。在15 mg/L纳米TiO2处理组中，3 d时相对抑制率达到25.41%，并随时间延长相对抑制率逐渐增加。当15 d时，12、15 mg/L纳米TiO2的相对抑制率分别达到38.06%和40.00%，与纳米TiO2低浓度试验组（3.0、6.0 mg/L）差异极显著（P
[6] 巩宁，邵魁双，梁长华，等.两种粒径氧化镍纳米颗粒对小球藻（Chlorella vulgaris）的生物毒性[J].海洋环境科学，2011（4）：457-460.
[7] 李雅洁，王静，崔益斌，等.纳米氧化锌和二氧化钛对斜生栅藻的毒性效应[J].农业环境科学学报，2013（6）：1122-1127.
[8] CHRISTIE MS，RAJEEV W，PREETHA A K，et al.Correlating nanoscale titania structure with toxicity：A cytotoxocity and inflanmatory response study with human dermal fibroblasts and human lung epithelial cells[J].Toxicol Sci，2006，1：174-185.
[9] 侯东颖，冯佳，谢树莲.纳米二氧化钛胁迫对普生轮藻的毒性效应[J].环境科学学报，2012（6）：1481-1486.
[10] 张学治，孙红文，张稚妍.鲤鱼对纳米TiO2的生物富集[J].环境科学，2006（8）：1631-1635.
[11] DAVID BW，ROBERT AH，CAROL F，et al.Development of a base set of a toxicity tests using ultrafine TiO2 particles as a component of nanoparticle risk management[J].Toxicol Lett，2007，171：99-110.
[12] GILLIAN F，BENJAMIN JS，RICHARD DH.Toxicity of titanium dioxide nanoparticles to rainbow trout（Oncorhyn chusmykiss）：jury，oxidative stress，and other physiological effects[J].Aquat Toxicol，2007，84：415-430.
[13] LAURA C，CHARLOTTE H，NICOLAS M.Toxicity of TiO2 nanoparticles to cladocerans，algae，rotifers and plants-Effects of size and crystalline structure[J].Chemosphere，2013，1：1083-1090.
[14] SARAH BL，REBECCA K.Daphnia magna mortality when exposed to titanium dioxide and fullerene（C60）nanoparticles[J].Environ Toxicol Chem，2006，4：1132-1137.
[15] 雷静静，冯佳，谢树莲.纳米氧化镍对3种绿藻的毒性效应[J].中国环境科学，2013（10）：1842-1849.
[16] 李永仙，冯威，巩宁，等.NiO纳米颗粒对小球藻（Chlorella sp.）细胞胁迫性的研究[J].海洋环境科学，2009（2）：151-152.