文章目录
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 塑料与纳米塑料
1.1.1 塑料污染与纳米塑料
1.1.2 纳米塑料的来源
1.1.3 纳米塑料的特性
1.1.4 纳米塑料的环境行为
1.1.5 纳米塑料的分离与鉴定
1.1.6 微塑料的分布
1.2 纳米塑料对水生生物的生物效应与作用机制
1.2.1 对水生微生物的生物效应与作用机制
1.2.2 对滤食动物的生物效应与作用机制
1.2.3 对其他高级消费者的生物效应与作用机制
1.3 纳米塑料与有机污染物的联合毒性
1.3.1 纳米塑料与其添加剂的联合毒性
1.3.2 纳米塑料与附着持久性有机污染物的联合毒性
1.4 本论文的目的、意义及内容
1.4.1 本论文的意义和目标
1.4.2 技术路线
1.4.3 本论文的主要内容
第二章 纳米塑料对污水处理厂中微生物聚集体的生物效应与作用机制
2.1 引言
2.2 材料与方法
2.2.1 纳米塑料的制备及表征
2.2.2 暴露实验设置及急性抑制测定
2.2.3 EPS提取
2.2.4 EPS与纳米塑料相互作用的分析
2.2.5 统计分析
2.3 结果与讨论
2.3.1 内源呼吸速率急性抑制
2.3.2 XPS分析
2.3.3 FTIR分析
2.4 本章小结
第三章 纳米塑料对模式菌株细长聚球藻的生物效应与作用机制
3.1 引言
3.2 材料与方法
3.2.1 纳米塑料的表征
3.2.2 细长聚球藻的培养与突变菌株的构建
3.2.3 纳米塑料短期暴露实验
3.2.4 氧化应激测定
3.2.5 细胞膜完整性评估
3.2.6 非靶向代谢组学分析
3.2.7 统计分析
3.3 结果与讨论
3.3.1 PS-NH2特性及其对细长聚球藻的抑制作用
3.3.2 PS-NH2短期暴露影响细长聚球藻的代谢产物
3.3.3 PS-NH2短期暴露影响细长聚球藻的生物通路
3.3.4 PS-NH2短期暴露干扰谷胱甘肽代谢途径
3.3.5 PS-NH2短期暴露破坏了细胞膜完整性
3.4 本章小结
第四章 纳米塑料对铜绿微囊藻的生物效应与作用机制
4.1 引言
4.2 材料与方法
4.2.1 铜绿微囊藻的纳米塑料暴露实验
4.2.2 叶绿素a与MC含量测定
4.2.3 细胞膜完整性评估与纳米塑料胞内分布
4.2.4 氧化应激测定
4.2.5 光合系统Ⅱ中psbD基因相对表达
4.2.6 iTRAQ定量蛋白质组分析
4.2.7 统计分析
4.3 结果与讨论
4.3.1 PS-NH2促进铜绿微囊藻MC的合成及释放
4.3.2 PS-NH2短期与长期暴露影响铜绿微囊藻的生物通路
4.3.3 筛选与促进MC的合成和释放有关的关键蛋白
4.4 本章小结
第五章 纳米塑料与四环素对中肋骨条藻的联合毒性
5.1 引言
5.2 材料与方法
5.2.1 纳米塑料的制备及表征
5.2.2 纳米塑料对四环素的吸附等温线
5.2.3 纳米塑料的粒径与电势测定
5.2.4 纳米塑料与四环素的联合毒性
5.3 结果与讨论
5.3.1 从吸附体系分离纳米塑料
5.3.2 盐度对纳米塑料聚集的影响
5.3.3 纳米塑料对四环素的吸附
5.3.4 纳米塑料与四环素对中肋骨条藻的联合毒性
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
致谢
博士期间成果目录
附录一 英文缩写与中文名称对照表
附录二 已发表论文全文
外文论文
学位论文评阅及答辩情况表
文章摘要:截止到2015年,全球累计生产了 83亿吨塑料。但是,所有生产的塑料中只有6-26%被回收利用,其余的最终被填埋或释放到环境。进入环境中的塑料,在多种非生物与生物作用下,会被分解成微塑料(<5 mm)甚至纳米塑料(<100 nm)。纳米塑料还来源于工业直接制造的纳米颗粒。这些纳米塑料能够穿透细胞膜并在生物体的组织和器官中蓄积,从而引发生理代谢紊乱、生长障碍、生殖适应能力下降甚至早期死亡。此外,纳米塑料能够吸附并富集水环境中的有机污染物,从而增加该复合体被暴露的生物吸收和累积速率,并通过食物链和纳米颗粒的远距离运输将复合体转移到其他环境中,从而对生态系统产生威胁。因此,纳米塑料在水环境中的生物效应已成为全球关注的问题。但是,当前的研究主要聚焦于纳米塑料对动物特别是海洋动物的影响。基于此,本论文根据水生生态系统中纳米塑料的环境行为和归趋,研究纳米塑料对典型水生微生物的生物效应和作用机制,为评估纳米塑料的生态环境效应以及其可能存在的环境风险提供基础数据。本论文的主要内容和结论如下:(1)解析了纳米塑料与污水处理厂中微生物聚集体的相互作用机制。通过活性污泥内源呼吸速率测定,发现纳米塑料对活性污泥的急性抑制作用随其浓度的增加而增强。胞外聚合物(EPS)在活性污泥与纳米塑料的相互作用中扮演着重要作用。X射线光电子能谱(XPS)结果表明,参与纳米塑料与EPS相互作用的官能团是羰基和酰胺基以及脂质或氨基酸的侧链。此外,傅立叶变换红外光谱(FTIR)结果表明,纳米塑料与EPS的结合降低β-转角和无规卷曲的相对丰度,增加了聚合链、β-折叠和α-螺旋的相对丰度,进而提高了活性污泥的生物絮凝能力。(2)明确了纳米塑料对细长聚球藻产生急性毒性作用的信号通路,拓展了从分子机制水平评估纳米塑料环境安全性的新方法。选取河流中主要初级生产者蓝藻的模式菌株—细长聚球藻为研究对象,通过不同电荷纳米塑料对细长聚球的急性毒性实验,发现带正电荷的氨基修饰的聚苯乙烯纳米塑料(PS-NH2)能显著抑制细长聚球藻的生长(EC50为3.81 μg/mL),而带负电荷的磺酸基修饰的聚苯乙烯纳米塑料(PS-S03H)浓度100μg/mL以下对其生长的影响是可忽略的。非靶向代谢组学分析表明,PS-NH2的暴露影响了烷基胺、氨基酸、碳水化合物、脂肪酸、脂类、核苷酸和有机酸类等代谢。代谢组学与基因编辑技术结合,发现谷胱甘肽代谢途径的紊乱与细胞膜的完整性的损害是纳米塑料造成蓝藻毒性的主要原因。(3)阐明了纳米塑料对铜绿微囊藻在翻译水平上的作用机制,筛选了微囊藻毒素(MC)合成与释放的关键蛋白。研究了纳米塑料对引发水华的优势藻种—铜绿微囊藻的生长、MC合成和释放的影响,发现短期暴露时,PS-NH2对铜绿微囊藻的生长抑制明显,藻体由正常绿色变为黄色。PS-NH2抑制作用在长期暴露后显著减弱,藻体逐渐恢复正常绿色,表明PS-NH2与铜绿微囊藻的相互作用是动态的。PS-NH2的短期和长期暴露均显著地促进了 MC合成和释放。而PS-S03H的短期暴露对MC释放率的影响可忽略不计。PS-NH2的暴露抑制铜绿微囊藻光系统II的效率,减少有机物的合成,诱导氧化应激。为提高种群的适应性,MC的合成配额会增加,从而促进MC的合成。同时,PS-NH2诱导了细胞膜破损和转运蛋白上调,进而促进了 MC的释放。通过权重基因共表达网络分析(WGCNA),发现有机物代谢过程与MC合成呈负相关,磷脂层合成与MC释放呈正相关,类囊体膜与捕光系统与MC释放呈负相关。(4)解析了在河口表层水中不同电荷纳米塑料吸附四环素的机理,评估了四环素与纳米塑料复合体对中肋骨条藻的联合毒性。发现在河口,盐度的变化加剧了纳米塑料的聚集。纳米塑料的稳定性不仅取决于周围环境,也受纳米塑料的本身特性的影响,特别是纳米塑料表面修饰的官能团。由于静电排斥、盐析作用和分配作用,随着盐度的增加,不同电荷的纳米塑料对四环素类抗生素的吸附能力增强。纳米塑料与四环素复合体对中肋骨条藻的生物学效应取决于该复合体表面的疏水性和电荷。
文章关键词:
作者单位:冯立娟
论文DOI: 10.27272/d.cnki.gshdu.2020.000219
论文分类号: X703
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文章来源：食品与生物技术学报 网址: http://spyswjsxb.400nongye.com/lunwen/itemid-122361.shtml
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