金属型纳米颗粒对植物的生态毒理效应研究进展

纳米技术的高速发展和人工纳米颗粒(NPs)的广泛应用带来的潜在环境风险已经引起国内外的广泛关注.金属型纳米颗粒(MB NPs)具有金属毒性和纳米毒性的双重效应,其生物毒性和生态风险已成为纳米毒理学的研究热点之一.植物作为生态系统中的重要组分,是NPs生物累积并进入食物链的潜在途径.本文论述了MB NPs在植物中的吸收、转运和累积过程,总结了MB NPs对植物的毒性效应及其机制,探讨了MB NPs植物毒性的影响因素,综合评述了近年来关于MB NPs对植物特别是农作物的生态毒理效应的研究进展,同时分析了目前研究中存在的问题,对今后的研究方向进行了展望.     

ZnO和CuO纳米颗粒对废水生物处理的影响及缓解毒性的研究进展

ZnO和CuO纳米颗粒(nanoparticles, NPs)在研究、医学和工业等领域的广泛使用,已引起人们对其生物安全性的忧虑。相关学者已在污水处理系统中检测到ZnO NPs和CuO NPs,由于其独特的理化性质,低含量NPs就对微生物群落结构和生长代谢产生毒性,进而影响污水脱氮的稳定运行。本文综述了ZnO NPs和CuO NPs对生物脱氮系统中相关功能细菌的毒性及机制,并总结了通过调节水环境因素(如pH值、离子强度、离子类型和天然有机物等)缓解ZnO NPs和CuO NPs的细胞毒性,以期为今后缓解和应急调控金属纳米颗粒(metal oxide nanoparticles, MONPs)对污水处理系统的冲击提供理论基础和支撑。     

硫化镉纳米粒子对原核生物的毒理作用

硫化镉纳米粒子（cadmium sulfide nanoparticles,CdS NPs）是一种重要的半导体,具有突出的光电特性、可调带隙和化学稳定性,在分析化学、生物医学、荧光成像和生物传感器等方面具有潜在应用价值。生物合成CdS NPs具有可控、低成本、环境友好等优势而被广泛研究。然而CdS NPs本身兼具纳米材料毒性及重金属硫化物毒性,其对原核微生物的毒性研究受到广泛关注。本文以大肠杆菌为例,对CdS NPs在原核生物细胞内的毒性机理研究进展进行了综述,包括CdS NPs的生物合成机制、CdS NPs对大肠杆菌的毒害作用以及大肠杆菌对该毒害作用的防御机制,着重论述了细菌在合成CdS NPs过程中Cd²⁺及CdS对合成细菌本身的毒理作用及该细菌所产生的相应应激机制。本文旨在更好、更全面地评估CdS NPs的毒性,促进抗CdS NPs的原核生物在相关领域的发展和应用。     

硫化铜纳米粒子在肿瘤成像与治疗中的功能研究进展

硫化铜是一种二价铜的硫化物,可以作为半导体材料,化学式为CuS,呈黑褐色,溶解度极低。硫化铜纳米粒子(Copper sulfide nanoparticles, CuS NPs)是纳米尺度大小的硫化铜。近年来,CuS NPs因其结构的可塑性,良好的光热稳定性、生物相容性、突出的光热及光声转换性能,成为了当今纳米材料医学领域的研究热点,在肿瘤诊断和治疗领域中引起了广泛关注。CuS NPs本身可通过介质鳌合金属离子合成多功能纳米粒子,实现肿瘤多模式诊断,并且在光热治疗研究中体现出突出的治疗效果。本文综述了近几年CuS NPs在肿瘤诊断与治疗方面的研究进展,总结肿瘤治疗中的应用研究方法,对CuS NPs在生物医学领域应用中存在的问题进行分析,为解决实际操作过程所遇到的问题提供参考。     

纳米硒抗胰岛β细胞凋亡作用与机制的研究

旨在研究纳米硒(Se NPs)抗二型糖尿病胰岛β细胞凋亡的作用及机制。通过电子显微镜,纳米粒度仪等技术方法对Se NPs的表征进行鉴定,并运用相关分子生物学技术验证其对于胰岛β细胞凋亡模型的保护作用及机制。结果表明,壳聚糖(CS)修饰后的Se NPs表面电荷增加到24.8 mv,其保存期延长到100 d以上。另外,细胞学实验表明浓度在2μmol/L以下Se NPs不具有毒性,38.1 nmol/L Se NPs可通过激活硫氧还蛋白还原酶(Trx R)活性,从而减轻胞内氧化应激(ROS)水平,最终使胰岛β凋亡模型细胞存活率提高了31.75%。动物学实验也表明Se NPs能抗胰岛β细胞凋亡。因此,Se NPs可有效减轻二型糖尿病中胰岛β细胞凋亡,对于二型糖尿病具有潜在的治疗价值。     

纳米颗粒与生物大分子的相互作用及其生物毒性机制

纳米颗粒已得到广泛的应用,同时其潜在的毒性及生物学效应也引起了广泛的关注。许多文献证实纳米颗粒对生物体具有毒性作用,但在分子水平上对其毒性机制的研究较少。本文对近年来纳米颗粒与生物大分子相互作用的最新研究进行了综述,包括纳米颗粒与蛋白质、脂类、核酸等生物分子间的相互作用。     

铜污染对昆虫生长发育及繁殖影响的研究进展

铜(Cu)是生物体生长发育所必需的微量营养元素,参与或构成许多含铜酶及含铜生物活性蛋白质,但是过度摄入Cu会对生物体产生危害。Cu中毒由许多因素而定,如物种、遗传、年龄和食物等。在生态系统中昆虫种类多,数量大,分布广,往往会取食、转移和代谢环境中的Cu,从而对自身生长发育及繁殖造成影响。通常表现为发育历期延长,体重下降,体长变短,化蛹率、羽化率、产卵率、孵化率、存活率降低,种群数量减少等。本文以近几年Cu2+胁迫对昆虫生长发育及繁殖影响的研究进行综述。     

溶解性有机质和纳米氧化锌共存对人工湿地处理性能及堵塞的影响

溶解性有机质(DOM)的存在会影响纳米氧化锌颗粒(ZnO NPs)在水中的稳定性。本文通过构建垂直潜流人工湿地，以腐殖酸(HA)作为DOM的代表物质，研究了1 mg·L^-1 ZnO NPs和不同浓度HA(1、5、10、20和30 mg·L^-1)共存下对人工湿地处理性能、堵塞程度以及微生物群落变化的影响。结果表明：低浓度(≤1 mg·L^-1)HA溶液会促进ZnO NPs的团聚，而中高浓度(1～25 mg·L^-1)HA溶液则产生相反的作用。ZnO NPs和HA共存会降低人工湿地的净化效果，尤其是1 mg·L^-1 HA时，COD、氨氮和总氮的去除率分别下降了18.07%、19.94%和26.37%。连续投加1 mg·L^-1 HA浓度和1 mg·L^-1 ZnO NPs 60天后，人工湿地堵塞最严重，渗透系数下降67.5%。HA和ZnO NPs共存会影响微生物分泌胞外聚合物(EPS),当HA浓度为1 mg·L^-1时，EPS...     

新型纳米材料CeO_2NPs通过促进炎症反应和细胞凋亡损害卵巢功能

虽然二氧化铈纳米颗粒(CeO_2NPs)应用广泛,但其生物安全性尚存争议。该文主要探讨CeO_2NPs暴露对大鼠卵巢功能的影响及其机制。HE染色和免疫组织化学结果发现, CeO_2NPs暴露未引起卵巢卵泡和黄体发生显著变化。ELISA检测显示, CeO_2NPs暴露后大鼠血清雌孕激素水平显著增加(P0.05);激素合成关键酶的m RNA在CeO_2NPs暴露组中显著增加(P0.05)。免疫组织化学和Western blot结果显示, FSHR和LHR在CeO_2NPs暴露组中的表达明显降低。进一步研究发现,炎症相关因子TNF-α、IL-6、IL-1β在CeO_2NPs暴露组中的表达较对照组显著增加,抗炎因子IL-10的蛋白表达量减少。此外, CeO_2NPs暴露导致卵巢组织中Caspase3及cleaved-Caspase3蛋白表达水平上调, TUNEL染色阳性信号显著增加。研究结果提示, CeO_2NPs可通过诱发炎症反应和细胞凋亡导致卵巢分泌功能紊乱。     

Au NPs/UCNPs复合纳米体系用于荧光成像引导下的肿瘤光热治疗的研究进展

近红外(NIR)光诱导的光热治疗(PTT)因其无创、非侵入、毒副作用低、可精准靶向治疗等特性,已成为肿瘤精准治疗的新型手段。凭借其独特的表面等离激元共振(SPR)特性及其高效的光热转换效率、生物毒性与良好的光稳定性,金纳米颗粒(Au NPs)已成为理想的光热治疗剂。而高质量成像技术是实现有效光热治疗的可靠有力的工具,尤其是多模态成像技术,比起单一成像方式具有更卓越的性能,为更全面、更精准的肿瘤成像提供了可能,显著提高了非侵入性医学治疗的潜力。NIR光激发的稀土上转换纳米颗粒(UCNPs),因其丰富的4f电子结构展现出磁性、荧光、X射线衰减和放射等多功能特性,使其作为造影剂在多模态成像领域展现了重要的应用前景。因此,构建NIR光诱导的Au NPs/UCNPs复合纳米体系,可用于多模态成像引导下的光热治疗,有望成为癌症诊疗的一种新策略。本文简单介绍了Au NPs、UCNPs的光学特性,重点综述了NIR光诱导的UCNPs-Au NPs(纳米壳、纳米棒、纳米团簇)复合纳米体系在癌症光热治疗领域的最新研究进展,并对其实现诊疗一体化的未来进行了展望。     

纳米颗粒对耐冷脱氮菌及其脱氮过程的毒害调控研究进展北大核心

生物脱氮具有经济高效、绿色环保的特点,在废水处理中具有广阔前景;目前在废水处理工艺中脱氮效果较好的微生物大部分为嗜温菌,这类菌在低温条件下的脱氮效率会受到强烈抑制,而耐冷脱氮菌可有效抵抗低温环境并进行高效脱氮,逐渐引起了研究者们的重视。其次,纳米颗粒(nanoparticles,NPs)在生物学、农学、医药等领域的应用日渐广泛,但在生产、储存和使用含NPs产品的过程中,不可避免地会向水和土壤环境释放NPs,在水环境中,NPs的大量积累会阻碍微生物的脱氮过程,也对废水处理提出了新的挑战,成为公众日益关注的环境问题和研究热点。当前,有部分研究已关注于耐冷菌的脱氮过程、NPs对耐冷菌脱氮过程的毒害作用及减毒措施。基于此,本篇文章将阐述耐冷菌的耐冷机理与脱氮过程,阐明NPs对耐冷菌脱氮过程的毒害作用与减毒调控措施,为低温环境下采用微生物处理含有NPs的氮污染废水提供理论依据。     

大气颗粒物对植物影响研究进展

大气颗粒物是大气中固态或液态微粒物质的总称。大气颗粒物的增多会对气候、空气能见度、公共卫生等造成重大影响。种植合适的植物成为减轻大气颗粒损害的良好措施,但大气颗粒物覆盖在植物叶片表面及进入植物体内都会对植物造成不同程度的影响。本文围绕大气颗粒物的成因及组成,大气颗粒物对植物生长发育、生理生化、抗病虫性、植物生产力和产量的影响方式及机理与减轻途径等进行了系统综合与评述,并展望了未来的研究趋势。综合发现,大气颗粒物对植物的影响广泛且复杂多样,并受到环境条件、颗粒物浓度及组成、植物种类及研究尺度的影响。通过提前预知大气颗粒物浓度变化、提供充足的营养和水分、及时冲洗叶片、人工补光及合理选择并种植植物等方式可避免或者减轻大气颗粒物所带来的负面效应。未来可增加大气颗粒物影响下景观和造林植物的研究、大尺度植被生理生态、各种化合物和微生物颗粒物对植物影响的研究,研究内容可关注植物生理生态、植物叶片氮分配、叶肉细胞导度及植物遗传育种学等。     

黄河尾闾河道及河口区水体与悬浮颗粒物重金属和砷沿程分布及生态风险

基于2016年汛前和汛后获取的黄河尾闾河道与河口区(低盐区)表层和底层水体和悬浮颗粒物样品,研究了水体和悬浮颗粒物中重金属(Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd)和As含量的沿程分布特征,并评估了其生态风险。结果表明,汛前尾闾河道表层水体中仅Cd的平均含量高于河口区,而底层水体中As、Cr、Cu、Ni和Pb的平均含量均高于河口区;汛后尾闾河道表层水体中仅Ni的平均含量低于河口区,而底层水体中6种重金属和As的平均含量均高于河口区。汛前尾闾河道表层悬浮颗粒物中As、Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的平均含量均低于河口区,而底层悬浮颗粒物中6种重金属和As的平均含量均低于河口区;汛后尾闾河道表层悬浮颗粒物中6种重金属和As的平均含量均高于河口区,而底层悬浮颗粒物中As、Cd、Cr、Cu和Pb的平均含量均高于河口区。汛前和汛后尾闾河道及河口区表层和底层水体中重金属和As污染较轻,其值大多分别低于地表水环境质量Ⅰ类标准和海水水质Ⅰ类标准限值。相对于汛前,汛后尾闾河道及河口区表层或底层悬浮颗粒物中As和6种重金属的毒性单位之和(∑TUs)和平均PEL商数值均降低,说明汛期调水调沙工程的实施可降低汛后悬浮颗粒物中上述元素综合作用所产生潜在生态毒性风险。     

纳米元素硒的生物合成及生物活性

利用生物载体富集和转化硒是获取活性硒形式的合理途径。一定条件下,生物体对硒的代谢可产生红色纳米级胶体元素硒,传统认为,生物体内元素硒的合成是生物体解除硒毒性的有效机制。最近的一些研究发现,人工合成以蛋白质为分散剂的红色纳米元素硒具有抑制肿瘤细胞生长、抗氧化、免疫调节及延缓衰老等生物活性。提示生物来源的纳米元素硒可能具有潜在应用价值。对纳米元素硒及其生物活性的研究进展进行了综述。     

二氧化钛纳米颗粒对沼泽土壤反硝化和N2O排放的影响

近年来,二氧化钛纳米颗粒（TiO₂NPs）环境释放量不断增加,并通过多种途径进入湿地生态系统,不可避免地影响到湿地生态系统环境和功能。然而,关于TiO₂NPs对沼泽土壤反硝化作用和氧化亚氮（N₂O）排放的影响机及制尚不明确。选择典型沼泽土壤,通过室内培养实验研究土壤理化性质、反硝化酶活性、反硝化速率（DNR）和N₂O排放对不同剂量TiO₂NPs 0 mg/kg （CK）、10 mg/kg （A10）、100 mg/kg （A100）、1000 mg/kg （A1000）输入的响应,探讨TiO₂NPs输入对沼泽土壤反硝化作用和N₂O排放影响的内在机制。结果表明：不同剂量TiO₂NPs处理显著降低了土壤pH （P<0.05）,A10处理显著降低土壤总有机碳（TOC）含量（P<0.01）,A1000处理显著降低硝态氮（NO₃^--N）和亚硝态氮（NO₂^--N）含量（P<0.05）。TiO₂NPs处理抑制硝酸盐还原酶（NAR）活性,促进一氧化氮还原酶（NOR）和氧化亚氮还原酶（NOS）活性（P<0.01）,A1000处理先促进后抑制了亚硝酸盐还原酶（NIR）活性（P<0.05）。不同剂量TiO₂NPs处理抑制了土壤DNR,促进了N₂O排放,TiO₂NPs处理通过抑制NIR活性,降低土壤DNR,同时通过促进NOR活性,提高N₂O排放。综上,TiO₂NPs输入通过影响反硝化还原酶活性改变沼泽土壤反硝化过程,导致沼泽土壤N₂O排放增加,改变湿地氮的源、汇功能,影响全球气候变化。为TiO₂NPs输入的湿地环境风险评估研究提供理论基础。     

尼罗红示踪纳米制剂在荷瘤裸鼠体内活体成像的应用

目的拟将尼罗红包裹入纳米制剂中,利用其荧光特性来考察纳米制剂在荷瘤鼠体内的肿瘤靶向性与组织分布情况。方法采用CCK-8法检测尼罗红纳米乳[NRNE(O)]对H1688的细胞毒性。建立BALB/c裸鼠肺癌模型,灌胃给予尼罗红混悬液(NRS)及NRNE(O),通过小动物活体成像系统观察其在荷瘤裸鼠中荧光强度的动态分布情况。结果 NRNE(O)具有较低的细胞毒性和良好的生物相容性,并且在体内的吸收量及肿瘤部位的蓄积量均高于NRS;NR在纳米制剂中能快速、稳定、清晰地反映纳米制剂在小鼠体内的动态分布情况。结论本研究中制备的NRNE(O)的稳定性好,为尼罗红作为示踪剂应用于纳米制剂在动物体内的研究提供了重要的研究手段。     

纳米氧化铈对48h睡眠剥夺小鼠生精能力的影响

为了研究纳米氧化铈(cerium oxide nanoparticles, CeO2NPs)对48 h睡眠剥夺小鼠生精能力的影响,并探讨其作用机制。将36只6周龄雄性健康清洁级ICR小鼠分为6组:空白对照组、溶剂对照组、睡眠剥夺对照组、CeO2NPs低、中、高剂量组。CeO2NPs低、中、高剂量组分别以4 mg/kg、8 mg/kg和16 mg/kg灌胃1 m L的纳米氧化铈溶液,溶剂对照组和睡眠剥夺对照组灌胃等量溶剂,空白对照组灌胃等量蒸馏水,连续30 d。第31天,采用单平台水环境法进行48 h睡眠剥夺。继之,测定小鼠每日精子生成量、睾丸组织内标志酶(G6PDH,LDH和ACP)及抗氧化指标(CAT, MDA和T-AOC)。与溶剂对照组比较,48 h睡眠剥夺使小鼠睾丸每日精子生成量降低,睾丸标志酶G6PDH、ACP和LDH活力下调,睾丸组织CAT活力和T-AOC水平降低,小鼠睾丸MDA含量升高。与睡眠剥夺对照组比较,CeO2NPs低、中、高剂量组均改善了48 h睡眠剥夺小鼠的每日精子生成量,其中中剂量组的改善更为明显,且在调节睡眠剥夺小鼠睾丸标志酶G6DPH、LDH和ACP活力、提高睾丸组织内CAT活力、T-AOC水平及降低MDA含量方面最为显著。纳米氧化铈可以改善睡眠剥夺雄性小鼠的生精能力,这可能与提高了睾丸组织的抗氧化能力,从而改善了氧化应激损伤并调节了能量消耗代谢有关。     

叶酸修饰四代聚酰胺-胺型枝状聚合物纳米粒靶向肝癌细胞HepG2的研究

目的该研究旨在探讨叶酸修饰四代聚酰胺-胺型枝状聚合物纳米粒对肝癌Hep G2靶向效果,为构建新型的靶向肝癌的纳米递送系统提供实验数据。方法 MTT法确定Hep G2细胞摄取PAMAM NPs和PAMAM-叶酸NPs适当的浓度;通过激光共聚焦和荧光显微镜定性观察Hep G2对罗丹明B标记的PAMAM NPs和PAMAM-叶酸NPs的摄取;并采用流式细胞计数仪定量研究Hep G2细胞对两者的摄取差别;尾静脉注射荷Hep G2瘤裸鼠研究两者体内分布情况。结果 PAMAM NPs和PAMAM-叶酸NPs的浓度在0.2 mg/m L时细胞存活率较高且对Hep G2细胞的毒性较小。激光共聚焦断层扫描显示Hep G2细胞可以较好地摄取PAMAM-叶酸NPs,同时流式细胞仪定量显示PAMAM-叶酸NPs在Hep G2细胞的分布较PAMAM NPs高40%(P0.05)。PAMAM NPs和PAMAM-FANPs在移植瘤中的分布明显多于其他脏器,并且随时间的延长PAMAM-FA NPs体现了更好的靶向效果。结论体外与体内实验证明FA修饰的PAMAM NPs对肝癌细胞Hep G2有很好的靶向效果,可为肝癌的靶向治疗提供较好的药物载体。     

陇中黄土高原典型草原生物土壤结皮发育对土壤养分的影响

为了解生物土壤结皮发育与土壤养分特征的关系,该研究选取处于不同发育阶段和不同盖度的藓结皮(M-crust)和地衣结皮(L-crust),对其结皮层生物体及结皮下层3 cm土壤进行养分分析。结果显示：(1)藓结皮生物体对土壤全氮(TN)、全磷(TP)、铜(Cu)和锌(Zn)的生物富集作用较强,其富集系数分别高达807.4%、175%、122.4%和244.5%,而地衣结皮生物体对TN、TP和钙(Ca)的生物富集作用较强,其富集系数分别高达950.8%、126.2%和208.6%;除Ca外,藓结皮生物体中TP、钠(Na)、钾(K)、Cu、铁(Fe)、镁(Mg)、锰(Mn)和Zn均显著高于地衣结皮。(2)土壤生物结皮盖度与其对应的土壤养分含量之间无显著线性相关关系,但发育有不同盖度藓结皮的土壤其平均TN、TP、Cu、Fe、K、Na和Ca含量均高于地衣结皮。研究表明,不同类型生物土壤结皮对养分吸收、富集效率不同,处于发育后期的藓结皮较发育中期的地衣结皮具有更强的养分累积效应,提高了土壤的养分贮存量,对黄土高原典型草原生态系统的恢复与重建具有潜在的重要影响。     

纳米氧化铜(CuO NPs)对HepG2细胞糖代谢的影响

纳米材料的广泛使用引起了人们对其潜在危害的担忧。为了探究纳米材料对糖代谢的影响,该文选用人体肝癌细胞HepG2作为受试对象进行体外实验,研究了纳米氧化铜(CuO NPs)对HepG2细胞糖代谢的影响。实验表明,CuO NPs暴露会抑制HepG2细胞活性,降低细胞存活率,而且会显著减少胞外葡萄糖的吸收以及HepG2细胞内糖原的含量。通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测了糖代谢相关过程中关键基因的表达情况。研究发现,经CuO NPs暴露后,HepG2细胞中糖原合成的重要基因糖原磷酸化酶(PYGL)的表达出现了明显下调,而糖原合酶2(gys2)的基因表达先上调后出现显著抑制。此外,与葡萄糖转运、糖酵解、糖异生和TCA循环相关的基因在不同浓度CuO NPs暴露下也出现了不同程度的变化。综上所述,经CuO NPs暴露后HepG2细胞存活率下降,胞外葡萄糖的吸收减少,糖原合成与分解受到影响,且糖酵解和糖异生两个过程同时受到抑制,高浓度时甚至会引起胞内的糖代谢紊乱。