论文总字数：28339字

摘 要

砷（As）、镉（Cd）属于高毒性金属。它们的污染问题已被全球广泛关注。同时，纳米颗粒因大量应用而可能部分进入水体。纳米颗粒的存在可能会影响重金属的生物累积及毒性。嗜热四膜虫作为水生生态系统中常见的原生动物，几十年来一直被科学家用于毒理学和遗传学研究的模式生物。本课题经过毒性实验确定了As和Cd及纳米颗粒在吸附和生物累积动力学实验中的使用浓度，并通过吸附实验比较了纳米Fe₂O₃、TiO₂和SiO₂三种颗粒对As和Cd的吸附，筛选出对As和Cd吸附较少的纳米SiO₂颗粒。在此基础上，本实验通过As和Cd单独及与纳米SiO₂共存条件下的生物累积动力学实验，进一步研究了纳米颗粒存在情况下对嗜热四膜虫累积As和Cd的影响。结果发现，纳米SiO₂颗粒能显著抑制四膜虫对As^V的吸收，但对Cd的吸收抑制作用不明显。纳米SiO₂对As和Cd的吸收抑制作用依次为As^Vgt; As^IIIgt; Cd。

关键词：纳米颗粒 嗜热四膜虫 砷 镉 吸收

Preliminary study on effect of Silica dioxide Nanoparticles on the Arsenic and Cadmium Uptake by Tetrahymena thermophila

Abstract

Arsenic and cadmium are highly toxic metals。 The pollution has become a global concern. At the same time, nanoparticles may partially enter the water due to a large number of applications. The presence of nanoparticles may affect the bioaccumulation and toxicity of heavy metals. Tetrahymena thermophila, a common protozoan in aquatic ecosystem, has been used for decades by scientists as a model organism for toxicological and genetic studies. In this study, toxicity experiments were conducted to determine concentrations of arsenic, cadmium, and nanoparticles in adsorption and bioaccumulation experiments. After that, the adsorptions of arsenic and cadmium by iron oxide (Fe₂O₃), titanium dioxide (TiO₂) and silica oxide (SiO₂) nanoparticles were compared by adsorption experiments. SiO₂ nanoparticles were selected as less adsorption to arsenic and cadmium. Based on these, the project further studied effects of SiO₂ nanoparticles on the accumulation of arsenic and cadmium in T. thermophila through bioaccumulation kinetic experiments when SiO₂ nanoparticles co-existed with arsenic or cadmium. The study found that SiO₂ nanoparticles could significantly inhibit the uptake of arsenic by Tetrahymena, but the effect on cadmium uptake was not significant. The inhibition level of SiO₂ nanoparticles to arsenic and cadmium was: As^Vgt; As^IIIgt; Cd.

Key Words: Nanoparticles; Tetrahymena; Arsenic; Cadmium; Uptake

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 前言 1

1.1 砷的概况 1

1.1.1 砷的来源及危害 1

1.1.2 砷研究现状 2

1.2 镉的概况 3

1.2.1 镉的来源与危害 3

1.2.2 镉研究现状 4

1.3 纳米颗粒概况 4

1.3.1 纳米SiO₂颗粒 5

1.3.2 纳米TiO₂颗粒 5

1.3.3 纳米Fe₂O₃颗粒 6

1.4 重金属毒性模型 6

1.5 四膜虫在毒理研究中的作用 7

1.6 本课题研究目的与意义 8

第二章 材料与方法 9

2.1 嗜热四膜虫培养 9

2.2 纳米颗粒表征 9

2.3 毒性实验 9

2.3.1 砷毒性试验 9

2.3.2 SiO₂纳米颗粒毒性实验 10

2.4 吸附实验 10

2.4.1 砷吸附实验 10

2.4.2 镉吸附实验 11

2.5 砷吸收实验条件的确定 11

2.6 SiO₂纳米颗粒对砷和镉吸收的影响 12

第三章 实验结果与分析 13

3.1 纳米颗粒表征 13

3.2 嗜热四膜虫培养 13

3.2.1 四膜虫生长曲线及比生长速率 13

3.2.2 培养体系对四膜虫的影响 14

3.3 毒性实验 15

3.3.1 砷毒性试验 15

3.3.2 纳米SiO₂颗粒毒性实验 17

3.4 吸附实验 18

3.4.1 砷附吸实验 18

3.4.2 镉吸附实验 21

3.5砷吸收实验条件的确定 22

3.6 纳米SiO₂颗粒存在下砷和镉吸收实验 24

第四章 结论与展望 28

4.1 结论 28

4.2 展望 28

参考文献 29

致谢 32

第一章 前言

1.1 砷的概况

1.1.1 砷的来源及危害

砷（As）是一种广泛存在于各生态圈层的高毒性类金属元素^[1]。在矿山排水中，砷的浓度从lt; 1 μg/L到5000 μg/L，甚至可以高达850000 μg/L^[2]。砷有两种无机形式（砷酸盐和亚砷酸盐），由它周围的氧化水平决定形态种类。在氧化条件下，五价砷（As^V））是最主要的形式^[3]。砷的流动性和生物可利用性不仅受到非生物因素的影响，还受到植物，动物和微生物活动的影响。

砷的地球化学循环（图1-1）包括地壳中火山喷发、砷的开采、陆壳风化等输出途径和土壤圈中植物吸收、土壤侵蚀、人类活动排放废物等输入途径^[4]。

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