纳米四氧化三铁与镉离子复合暴露对斑马鱼胚胎发育的影响

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纳米材料由于其优越的性能和独特的性质,在医药、环保等多个领域取得了广泛的应用,而其安全性仍有待细致考察。纳米四氧化三铁作为磁性纳米材料的一种,具有超顺磁性、强吸附性等特点,是良好的水污染吸附剂。镉是一种具有高致畸、高致死、高致癌作用的重金属,在过去对其危险性认识不足的情况下大量排放进入生态环境,造成了严重的污染。纳米四氧化三铁作为吸附剂处理含镉污水表现出优秀效果的同时,也让人对其安全性产生怀疑。斑马鱼是一种敏感高效且经济的模式生物,常用于毒理实验和评价水质。因此,本研究利用斑马鱼胚胎和幼鱼来评价纳米四氧化三铁与镉离子复合暴露的安全性。本研究选择了20 nm粒径的纳米四氧化三铁作为检测材料,通过预实验确定了染毒剂量:纳米四氧化三铁浓度为20、40、80 mg/L,镉离子(溶解自二水醋酸镉)浓度为0.25、0.5、1 mg/L。实验检测了斑马鱼胚胎和幼鱼的死亡率、孵化率、畸形率、幼鱼组织内铁的含量变化、心率、体长等发育指标以及自主活动情况评价复合暴露对斑马鱼胚胎发育的影响,我们也检测了活性氧(ROS)、丙二醛(MDA)和总抗氧化能力(T-AOC)从氧化应激角度探讨毒性机制。结果发现,高浓度纳米四氧化三铁(80 mg/L)本身具有较高毒性,与镉离子联合作用时会产生协同作用或毒性增强作用,对斑马鱼胚胎造成更严重的氧化损伤,影响其发育过程,造成胚胎自主活动能力下降。而低浓度(20 mg/L)纳米四氧化三铁本身毒性较小,与低浓度镉离子(0.25mg/L)复合暴露主要产生拮抗作用,与单独处理组相比,两者低浓度复合暴露能提高胚胎的存活率与孵化率。对机体造成氧化损伤是纳米四氧化三铁与镉离子复合暴露对斑马鱼胚胎发育毒性的重要机制。实验也验证了镉离子能抑制机体对于铁的吸收。我们拍摄了大量胚胎与幼鱼发育过程的照片,对不同处理组胚胎发育异常的类型归类统计,并在联合处理组中发现了异物赘生等少见异常类型。根据实验结果,我们认为水环境中纳米四氧化三铁的安全浓度应低于40 mg/L。如果用纳米四氧化三铁处理含镉污水,应避免使用过高浓度直接排放到水环境中;或者在排放前及时回收使用过的纳米四氧化三铁。
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