近期,技术生物所许安研究员课题组以秀丽线虫为模型在纳米二氧化钛联合镉暴露的多代生物效应方面取得新进展。相关成果已被英国皇家化学学会期刊Environmental
Science: Nano接受在线发表(DOI: 10.1039/C8EN01042K)。

记者从中科院合肥物质科学研究院获悉,该院技术生物所许安研究员课题组,以秀丽线虫为模型,在二氧化钛纳米颗粒与重金属联合暴露的生物效应方面取得新进展。相关成果日前被Elsevier旗下期刊《生态病理学与环境安全》接受在线发表。

纳米二氧化钛是最早实现商业化并且应用广泛的一种纳米材料。随着纳米二氧化钛产量不断提升,其在环境中的持有量不断增长。在实际水环境中,纳米二氧化钛不可避免与重金属镉接触并发生相互作用,从而改变其环境行为与生态毒性。

随着二氧化钛纳米材料的广泛应用,尤其是在污水治理方面,其将不可避免地进入水生态系统,并可与共存的污染物发生吸附、聚集、沉降以及向生物相的富集等行为。

该课题组研究发现,纳米二氧化钛在水环境中可对镉进行有效吸附并发生团聚作用。线虫暴露于无毒剂量的纳米二氧化钛环境中,不仅能增强镉对当代线虫的生殖毒性,还能增强其子一代和子二代的生殖毒性。同时发现,小粒径的纳米二氧化钛对镉多代生殖毒性的促进作用高于大粒径的纳米二氧化钛。研究认为,纳米二氧化钛与镉在生物体内的积累具有密切相关性,纳米二氧化钛的存在促进生物体对重金属的摄取和积累。纳米二氧化钛与镉团聚体被摄入肠道后会受肠道pH环境的影响,肠道的酸性pH促进纳米二氧化钛与镉的解吸附,增强镉离子在肠道中的释放,从而进一步提高其生物利用率。

科研人员发现,二氧化钛纳米材料在水环境中可对三种重金属进行有效吸附并发生团聚作用。二氧化钛纳米材料的快速团聚与沉降改变了重金属在整个水层中的分布,导致游离的重金属离子减少,而底层生物的暴露程度上升。秀丽线虫对不同水层的毒性评价进一步证明了二氧化钛纳米材料与重金属混合暴露一定时间后,可导致上层溶液毒性的降低以及下层溶液毒性的上升。线虫体内重金属的积累水平表现出一致的结果。然而,二氧化钛纳米材料对三价砷As的影响程度却不如对二价金属镉和镍的影响明显,这可能与砷在水环境中特殊的存在价态有关。

该课题组利用原位成像技术LA-ICP-MS发现,纳米二氧化钛促进了镉的生物积累,且纳米二氧化钛与镉的生物体分布存在差异,镉在线虫中的分布范围较大,而纳米二氧化钛则大量积累于肠道、咽泵、阴部和肛门;此外,纳米二氧化钛可促进镉在线虫生殖细胞和胚胎中的积累,从而增强了重金属沿生殖系的世代间传递作用。

研究显示,二氧化钛纳米材料在水环境中的沉降行为,改变了重金属对秀丽线虫的毒性及生物积累水平,颗粒的团聚尺寸与溶液离子强度等都是影响沉降作用的重要因素。

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