本论文绿藻毒性数据评价在东北师范大学完成，TiO2纳米颗粒对近头状伪蹄形藻（Pseudokirchneriella subcapitata）的生态毒性研究在加拿大国家研究理事会生物技术研究所完成。藻类作为初级生产者，在生态系统中起着重要的作用，研究化合物对藻类的毒性效应，将会为评价化合物的环境风险性提供有价值的信息。定量结构-活性关系（QuantitativeStructure-Activity Relationship，QSAR）研究是评价有机物生态风险的重要方法，而藻类毒性QSAR模型的质量取决于藻类毒性数据的质量。目前，多数关于藻类毒性的QSAR研究都未考虑毒性终点、暴露时间和藻类物种敏感性的不同，因此这些因素对毒性数据以及QSAR模型质量的影响是个未知数。本文在收集了大量绿藻毒性数据的基础上，对毒性终点、暴露时间和藻类物种敏感性对藻类毒性数据的影响进行了系统的评价研究。TiO2纳米颗粒的大量应用对环境和人体健康的潜在危害已经引起了人们越来越广泛的关注，研究TiO2纳米颗粒的毒性有着举足轻重的意义。本文以一种常见的淡水绿藻P. subcapitata为实验生物，研究了TiO2颗粒对绿藻的生态毒性与TiO2颗粒理化性质的关系，并进一步探讨TiO2纳米颗粒对绿藻的生长抑制毒性机理是否源于挡光效应和TiO2催化的活性氧物质（Reactive Oxigen Species，ROS）生成，本研究为TiO2纳米颗粒的生物安全性评估提供了有价值的参考信息。论文的研究内容和结果概括如下：（1）本文检索了大量的文献以及数据库，收集到1081种化合物对26种藻类物种的2323个毒性数据（log1/EC50（M）），按照藻类物种、暴露时间、毒性终点等因素进行区分整理，评价了不同来源的藻类毒性数据的实验不确定性，探讨了毒性终点、暴露时间以及物种敏感性对藻类毒性数据的影响，并分别对非极性麻醉型化合物和极性麻醉型化合物的藻类毒性与疏水性进行了相关分析。分析绿藻的72h毒性发现，对大多数实验化合物而言，封闭实验与非封闭实验的敏感性相同，但是对于少数几种化合物却发现两种实验体系有明显的差别。对于本研究的化合物，基于两种响应变量（产量-生长速率）而得到的毒性数据之间的总平均残差范围是0.15–0.43个log单位。四种暴露时间24h、48h、72h和96h之间的相关分析表明，对于淡水绿藻生长抑制毒性实验，48h的敏感性最高，高于72/96h约0.25/0.09个log单位。种间相关分析表明，有些绿藻物种之间有非常相近的敏感性，如：P. subcapitata与C. pyrenoidosa、C. vulgaris与S.obliquus；而有些绿藻物种之间的敏感性显著不同，如：P. subcapitata和S. obliquus。毒性与疏水性之间的相关分析证明，对于非极性麻醉型化合物，不同暴露时间（24h、48h、72h和96h）的毒性之间以及不同的响应变量（产量和生长速率）所得的毒性值之间无明显差异；相反，极性麻醉型化合物对绿藻的毒性不仅取决于绿藻的物种，同时也与暴露时间和计算毒性值所采用的响应变量有关。因此，如果不考虑绿藻物种敏感性、暴露时间和响应变量，就不能在绿藻毒性和化合物描述符之间建立良好的QSAR模型。（2）基于前面的研究，我们选取毒性实验中使用较多的一种藻类物种（P. subcapitata）、暴露时间（96h）和毒性终点计算方法（产量），来研究TiO2对绿藻的毒性，我们的结果能为金属氧化物毒性的QSAR研究提供有价值的数据。本文测定了几种典型的TiO2颗粒样品对绿藻的生长抑制毒性，并对这些样品进行理化性质的表征，结果表明，TiO2颗粒对P. subcapitata的生长抑制毒性大小与TiO2颗粒自身的粒径大小、晶型、分散液中所形成团簇体的ζ-势能等理化性质密切相关。我们比较了不同粒径的锐钛矿型TiO2颗粒对P. subcapitata的生长抑制毒性，发现该毒性与TiO2颗粒的大小成反比，与比表面积成正比。粒径为16.2nm的锐钛矿型TiO2颗粒的96h生长抑制毒性略高于相似粒径（15.5nm）的金红石型TiO2颗粒，可见锐钛矿型TiO2颗粒的毒性强于金红石型。相同浓度（质量/体积，w/v）的三种TiO2颗粒样品在绿藻培养基分散液中形成团簇体的ζ-势能分别为-21.3、-27.3和-43.7mV，而三种样品对P. subcapitata的生长抑制EC50分别为0.14、0.65和1.39mg/L，表明TiO2团簇体所带负电荷越多，毒性越小。已有研究表明，表面包被或修饰能降低或去除TiO2颗粒对哺乳动物细胞的毒性，与哺乳动物细胞相反，聚丙烯酸酯包被的TiO2纳米颗粒对P. subcapitata显示了极强的毒性（96h EC50=3.10μg/L），这提示我们，当对TiO2颗粒表面进行修饰或包被以期去除或降低其毒性时，应考虑生物物种之间的差别。（3）本文进一步探讨了锐钛矿型TiO2纳米颗粒样品NAM-10对绿藻P. subcapitata的生长抑制毒性机理是否与TiO2的挡光效应及光催化产生的ROS有关。对文献中的挡光效应实验进行改进，结果表明，TiO2纳米颗粒对绿藻的生长抑制毒性不是由于TiO2颗粒阻挡了绿藻光合作用所需的光能而造成。我们以H2DCFDA为分子探针，检测了绿藻与TiO2纳米颗粒的共培养物在不同光照条件下暴露3h产生ROS的情况。结果表明：在有UV照射的条件下，TiO2提高了ROS的生成，且具有剂量依赖性；当UV被滤除时，仅最高测试浓度的TiO2能够催化ROS的生成。以亚甲基蓝为ROS指示物的非生物实验也表明，与可见光相比，UV照射能激发TiO2催化ROS的产生，从而加速亚甲基蓝的褪色。本文对比了分别在UV/可见光混合光和滤除了UV的可见光预照射3h后，TiO2纳米颗粒对P. subcapitata的生长抑制毒性，结果显示，TiO2纳米颗粒在两种光照条件预照射之后，均抑制P. subcapitata的生长，EC50值分别为6.3（95%置信区间（CI）：3.9-10.3）和8.7（95%CI：5.4-14.7）mg/L，这说明，可见光照射下，TiO2纳米颗粒仍然抑制淡水绿藻P. subcapitata的生长，UV照射没有明显增强这种毒性。另外，加入高剂量（100mg/L）的ROS清除剂N-叔丁基-α-苯基硝酮后，没有影响TiO2纳米颗粒（0.2mg/L）对P. subcapitata的生长抑制毒性。我们的研究表明，在不能催化ROS生成的浓度下，TiO2纳米颗粒即对绿藻P. subcapitata有生长抑制效应，TiO2纳米颗粒催化产生的ROS与TiO2纳米颗粒对绿藻P. subcapitata的生长抑制无直接关系，也没有增强这种毒性。TiO2和其他金属氧化物的纳米毒理学机理有待于进一步的研究。