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抗菌剂、阻燃剂与农药对斜生栅藻的生物毒性及Hormesis效应认领

被引量： 1

作者：

张勇文

学位授予单位：

河北科技大学

摘要：

抗菌剂、阻燃剂和农药产量大、使用广泛,并可通过多种途径进入水环境对藻类产生毒害作用,进而威胁水生态系统的稳定,但上述污染物共存时对藻类的毒害效应目前还不确定,因此研究典型抗菌剂、阻燃剂和农药在水环境中对藻类的毒性效应及其毒性机制具有现实意义。另外,藻类对很多化合物有“低浓度促进,高浓度抑制”的Hormesis效应,且该效应被认为是藻类水华爆发的原因之一,因此典型抗菌剂、阻燃剂和农药的单一及混合体系是否引发藻类的Hormesis效应及其产生机制也应被重点关注。本文选择模式生物斜生栅藻为受试生物,选择1种抗菌剂AgNP、3种溴代阻燃剂BFRs（DBDPE、TBBPA、BDE209）、3种有机磷阻燃剂OPFRs（TCEP、TEP、TBP）、3种有机磷杀虫剂OIs（TCF、PFF、CPF）、3种新烟碱类杀虫剂NNIs（IMI、THP、CLO）和3种三嗪类除草剂THs（PMTT、PMOT、SMTT）为受试物,研究AgNP、阻燃剂、农药的单一体系及混合体系对斜生栅藻的毒性效应,使用IA模型法判定混合体系对斜生栅藻的联合毒性作用模式;随后通过判读剂量-效应曲线确定Hormesis效应特征,并获得促进浓度区间、区间跨度、最大促进率等Hormesis效应特征值;最后测定暴露于不同单一及混合体系的斜生栅藻细胞内ROS水平、光合色素水平变化,分析其与斜生栅藻的毒性效应、Hormesis效应的关系,得到以下结果: 1)1种抗菌剂AgNP、6种阻燃剂和9种农药单一体系均对斜生栅藻产生毒性效应。使用EC10比较16种受试物的毒性,EC10从大到小排序:TCEP>AgNP>TCF>TEP>THP>PFF>TBBPA>CPF>IMI>TBP>CLO>BDE209>DBDPE>PMOT>SMTT>PM TT,其中PMTT的EC10最小,毒性最大,THs的毒性大于AgNP、BFRs、OPFRs、OIs、NNIs。所有受试物均使斜生栅藻产生Hormesis效应,16种受试物的最大促进率为5.52%～26.15%,促进浓度区间为1.24×10-12 mol·L-1～5.28×10-5 mol·L-1。受试物在水环境中的检出浓度均落在Hormesis效应的促进浓度区间内,这表明在实际水环境中受试物会使斜生栅藻产生Hormesis效应,促进生长繁殖。该现象可引起或加剧藻类水华的形成。在AgNP、阻燃剂和农药单一体系暴露下,当受试物浓度较低、斜生栅藻受到促进作用时,斜生栅藻细胞内ROS水平和光合色素水平都有明显上升;当受试物浓度较高、斜生栅藻被抑制时,ROS水平极显著地上升,光合色素水平极显著地下降。所有受试物均通过诱导藻细胞产生ROS双向调控藻细胞的生长繁殖,当藻细胞被促进或抑制时,光合色素水平也同步增加或减少,呈正相关关系。 2)6种AgNP+阻燃剂混合体系、9种AgNP+农药混合体系、21种阻燃剂+农药混合体系均对斜生栅藻产生不同程度的联合毒性效应。使用EC10比较上述36种混合体系的毒性,AgNP+NNIs和AgNP+BFRs混合体系的毒性大于AgNP+OIs和AgNP+THs混合体系;BFRs+NNIs混合体系的毒性大于BFRs+OIs混合体系。36种混合体系的联合毒性作用模式有两种,一种为随暴露浓度上升由协同转为拮抗,具体包括AgNP+TBBPA、AgNP+TBP、AgNP+TCF、AgNP+PFF、AgNP+CPF、AgNP+IMI、AgNP+CLO、AgNP+PMTT、AgNP+PMOT、AgNP+SMTT、TBBPA+IMI、TBBPA+THP、TBBPA+CLO、TBP+TCF、TBP+THP、TBP+PMTT共16种混合体系;另一种为协同,其余20种混合体系的联合毒性作用模式均为协同。 3)AgNP+阻燃剂、AgNP+农药、阻燃剂+农药混合体系均使斜生栅藻产生Hormesis效应。36种混合体系的最大促进率范围为4.85%～27.81%,促进浓度区间在3.57×10-11 mol·L-1～4.72×10-5 mol·L-1之间,其中AgNP+TCEP体系的最大促进率最高,促进效果最大。在上述混合体系暴露下,斜生栅藻细胞内ROS水平和光合色素水平变化趋势与AgNP、阻燃剂、农药单一体系暴露下的趋势相似,且当混合体系浓度较低、斜生栅藻受到促进作用时,ROS水平上升幅度比单一体系更大。混合体系在浓度较低时联合毒性表现为协同的原因是混合体系浓度较低时各组分共同诱导ROS水平上升超过促进细胞生长的最佳ROS水平,导致促进作用减弱,联合毒性表现为协同;混合体系在浓度较低时联合毒性表现为拮抗的原因是混合体系中不同组分在藻细胞内产生毒性的作用位点、靶蛋白存在重叠,各组分产生毒性时会抑制其他组分进入细胞和产生毒性,导致混合体系联合毒性减弱,表现为拮抗。本文对16种环境污染物单一及共存时对斜生栅藻产生的毒性效应、Hormesis效应进行了研究,并从细胞内ROS水平、光合色素水平方面对Hormesis效应机制进行了剖析,可以为污染物的联合毒性研究、环境风险评价以及Hormesis效应研究提供基础毒性数据及理论依据。

摘要译文

关键词：

抗菌剂; 阻燃剂; 农药; 斜生栅藻; Hormesis效应; 活性氧; 光合色素; 联合毒性

学位年度：

2022

学位类型：

硕士

学科专业：

环境工程（专业学位）

导师：

沈洪艳王勇军

中图分类号：

X171.5[污染生态学]

学科分类号：

071306[修复生态学];083001[环境科学];083003[环境健康]

D O I：

10.27107/d.cnki.ghbku.2022.000726