葛春梅，黃茜枝，林道輝，王有基，2，*，呂為群，#

1.上海海洋大學水產(chǎn)與生命學院，上海 201306 2.浙江省有機污染過程與控制重點實驗室，杭州 310058 3.浙江大學 環(huán)境與資源學院，杭州 310058

人工納米材料對貝類生態(tài)毒理效應的研究進展

葛春梅1，黃茜枝1，林道輝2，3，王有基1，2，*，呂為群1，#

1.上海海洋大學水產(chǎn)與生命學院，上海 201306 2.浙江省有機污染過程與控制重點實驗室，杭州 310058 3.浙江大學 環(huán)境與資源學院，杭州 310058

納米技術(shù)已成為21世紀發(fā)展最迅猛的技術(shù)領(lǐng)域之一。納米材料因其具備新異的物理、化學特性而廣泛應用于各種領(lǐng)域，包括農(nóng)業(yè)，電子工業(yè)，生物醫(yī)學，制造業(yè)，醫(yī)藥品和化妝品等，因此納米顆粒不可避免會釋放到水環(huán)境中。貝類由于其具有分布廣，處于食物鏈中的關(guān)鍵位置，濾食食性，對重金屬及污染物有較強的生物累積能力，且很多貝類具有養(yǎng)殖和商業(yè)價值，因而納米顆粒對貝類的生態(tài)毒性效應備受關(guān)注。本文通過對已有相關(guān)研究成果進行歸納分析,重點闡述了3方面的內(nèi)容： 1)人工納米材料在水環(huán)境中的行為；2)貝類作為水生污染監(jiān)測指示生物的重要意義；3)人工納米材料對貝類的毒性效應，主要包括貝類對納米顆粒攝取、積累和轉(zhuǎn)移，并從組織細胞水平，分子和基因水平，胚胎發(fā)育和個體生長水平等闡述了納米材料對貝類的毒性效應。

人工納米材料；貝類；毒性效應；綜述

納米技術(shù)已成為21世紀發(fā)展最迅猛的一個技術(shù)領(lǐng)域。納米材料是指平均粒徑在100 nm以下的粒子，其中平均粒徑20～100 nm的是超細粉，平均粒徑小于20 nm的是超微粉。納米材料具有相當大的比表面積，具有新異的物理和化學特性，如表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等[1-2]。2011年10月，歐盟將納米材料定義為一種天然的、伴隨發(fā)生的或人造的材料(顆粒)，存在單個顆?；蚓奂蓧K狀態(tài)，其中有50%或以上以顆粒呈現(xiàn)，尺寸范圍為1～100 nm[3]。納米材料在各種行業(yè)應用中呈指數(shù)增長，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、醫(yī)藥、服裝、化妝品、食品和公共衛(wèi)生等。這些含有納米材料的產(chǎn)品和商品被引入到人類的日常生活中[4-5]，所以納米材料在生產(chǎn)和使用過程中必然會釋放到環(huán)境中[6]，且不可避免地進入到水環(huán)境，對水生生物的健康可能會產(chǎn)生毒害作用[7]。納米材料的安全性和毒性已成為生態(tài)毒理和公共衛(wèi)生安全領(lǐng)域關(guān)注的熱點，但到目前為止，大部分人工制造的納米材料的細胞毒性和遺傳毒性數(shù)據(jù)對應于它們的使用和機制尚未確立，對納米材料的毒性理解也不全面。自2002年以來，《Science》、《Nature》、《Environmental Science & Technology》等刊物紛紛發(fā)表文章探討人工納米顆粒的生物安全性問題。研究表明，人工納米顆粒通過納米尺寸效應[8]、自由基氧化損傷以及氧化應激效應[9]、溶解金屬離子的毒性效應[10]等致毒途徑進入細胞內(nèi)，導致蛋白質(zhì)變性、酶活性降低、線粒體和細胞膜損傷，造成基因毒性、DNA突變和功能蛋白表達受損等，在宏觀的生物個體、組織器官水平、細胞亞細胞水平、蛋白質(zhì)及基因水平上對生物體造成毒性損傷[11]。近幾年來,國內(nèi)外均有較多研究報道納米顆粒對貝類的毒性效應，本文通過對現(xiàn)有最新研究成果進行總結(jié)、歸納及分析，重點闡述了不同類型納米顆粒對貝類的個體、組織、細胞和分子等方面的毒性效應和機制，同時對納米顆粒在水體環(huán)境中的毒理學研究發(fā)展方向進行了展望。

1 人工納米材料在水環(huán)境中的行為

水環(huán)境是地球上最大的生態(tài)系統(tǒng)，極容易受到污染物的侵入和危害。人工納米材料在生產(chǎn)、運輸、處置和消費過程中不可避免會進入水體，并通過攝食、呼吸和皮膚接觸等途徑進入水生生物體內(nèi)，影響水生生物的生長和繁殖，甚至可能進一步影響人類健康[12]。納米材料可促進其同類相關(guān)金屬物質(zhì)向環(huán)境中釋放。Al-Kattan等[13]在人工氣候室條件下研究了涂料中鈦(含顏料二氧化鈦和納米二氧化鈦)的釋放，結(jié)果表明，涂料中加入納米二氧化鈦對鈦的釋放有促進作用。納米材料進入水環(huán)境后會發(fā)生一系列復雜的水環(huán)境行為(懸浮，沉降)，并且可能會在生物、物理、化學等作用下發(fā)生轉(zhuǎn)化，經(jīng)過轉(zhuǎn)化或未轉(zhuǎn)化的納米材料都有可能進入水生生物體內(nèi)并隨著生物鏈逐級積累，表現(xiàn)出不同的生物化學行為和毒性特征。由于納米材料間存在不同于常規(guī)粒子間的納米作用能，以及范德華力、布朗運動、表面效應和氫鍵等影響，在水體介質(zhì)中納米材料之間會發(fā)生聚集與分散行為，從而影響其與水生生物的相互作用和其在水環(huán)境中的歸趨[14-15]。因此，納米材料在水環(huán)境中的分散和聚集行為也已成為當前研究的熱點。納米材料在水體中的聚集與分散行為，除了與納米顆粒自身材料屬性密切相關(guān)之外，水環(huán)境因素也可以明顯改變納米材料的物理化學特性。由于實際水環(huán)境條件非常復雜，水體中離子強度、pH值、有機質(zhì)等水質(zhì)和水文動力條件，都可能會影響納米材料的懸浮性能和聚集分散行為?，F(xiàn)已有較多研究報道離子強度、pH值等對納米材料的聚集分散行為和懸浮性能的影響[16-17]。陳金媛等[18]研究納米二氧化鈦在水中的分散沉降行為中表明，水環(huán)境條件通過影響顆粒間的勢能大小改變納米二氧化鈦在水中的分散沉降行為。在海水中，納米粒子一般會發(fā)生凝聚，易于沉積到泥沙表面。因此，底棲生物如貝類暴露在納米粒子中的風險較高[19]。

2 貝類生物學特性與納米顆粒的關(guān)系

無脊椎動物種類繁多、數(shù)量龐大、分布廣泛，在生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和環(huán)境影響研究中具有重要的意義。貝類作為一類具有世界性分布的軟體無脊椎水生動物，由于其具有分布廣，移動性較差，濾食食性，對重金屬及污染物有較強的生物累積能力等特點，且具有水產(chǎn)養(yǎng)殖和商業(yè)價值而備受關(guān)注，常用于研究水體的環(huán)境質(zhì)量及底質(zhì)污染狀況評價，也是目前國內(nèi)外公認的較為理想的水質(zhì)指示生物[20]。部分貝類如貽貝等已被很多國家作為重金屬污染的指示生物[21-22]，廣泛用于海洋污染的生物監(jiān)測中[21]。Moore等[23]首次提出了濾食性無脊椎動物，特別是雙殼軟體動物在納米毒理學中代表一個獨特的目標群體。這些生物在微納米尺度顆粒的細胞內(nèi)化、胞吞和吞噬作用中有高度發(fā)達的過程，如細胞內(nèi)消化和細胞免疫，這些是不可或缺的重要生理功能。

貝類的攝食機制目前已知主要有2種，這2種機制與水中納米顆粒進入貝類體內(nèi)有密切關(guān)系。1)黏液纖毛作用：濾食性貝類主要依靠鰓絲及其上面的著生纖毛的組合運動來攝取食物顆粒。當含有食物(納米)顆粒的水流經(jīng)過鰓時，前側(cè)纖毛就會阻擋或以重力作用等方式把顆粒過濾或截取下來，這些被過濾的顆粒被裹以黏液在前纖毛的擺動下送到唇瓣，經(jīng)唇瓣篩選后，一些大小適宜，有機物含量高的食物顆粒則會被吞食進入消化道，而不適宜的顆粒就會被以假糞的形式排出體外，納米顆粒這個過程中有可能會通過攝食進入到消化道。2)水動力學作用：即食物(納米)顆粒隨著水流通過鰓絲到達鰓的背部，再沿背部凹槽進入唇瓣[24]，最后到達消化腺進行消化過程。消化細胞有非常發(fā)達的溶酶體系統(tǒng)，當納米顆粒被吞入后，影響貝類細胞的首要生理過程就是細胞漿質(zhì)變化，溶酶體積累和氧自由基產(chǎn)生[23]。

細胞免疫和體液免疫是貝類免疫機制中的2個方面，特別是在抵御異物入侵方面兩者密切相關(guān)。貝類的免疫細胞和免疫因子相輔相成，共同構(gòu)成了貝類的免疫系統(tǒng)[25]。體液免疫作為貝類重要免疫防御手段，靠血清中的調(diào)節(jié)因子和一些非特異性酶來進行調(diào)節(jié)。目前已確定的體液免疫因子包括溶酶體酶、髓性過氧化物酶、酚氧化酶、抗氧化酶、抗氧化因子、調(diào)理素、凝集素、應激蛋白、抗菌肽和細胞因子類似物等[26]，其中抗氧化防御系統(tǒng)和溶酶體酶在免疫防御中起著非常重要的作用。多數(shù)體液免疫因子由貝類血細胞產(chǎn)生并分泌到血淋巴中發(fā)揮防御功能。貝類血細胞參與機體損傷的修復、吞噬異物顆粒和消除有毒有害物質(zhì)等過程，是貝類免疫功能的主要承擔者[27]，它們通過吞噬作用、細胞介導免疫和各種細胞毒性反應，如溶酶體酶和抗菌肽的釋放和氧自由基的生產(chǎn)來防御和清除納米顆粒。總之，這些先天免疫機制的研究有利于研究貝類在納米顆粒環(huán)境暴露中常見的生理生化反應。

3 人工納米材料對貝類的毒性效應

3.1 人工納米顆粒在貝類中的生物吸收

3.1.1 對生物聚集和積累的影響

目前有較多的證據(jù)表明納米顆?？梢员回愵愇詹a(chǎn)生多種毒性作用(表1)。納米顆粒在水中可以發(fā)生聚集，呈現(xiàn)一定的濃度相關(guān)性，而且納米粒子可以通過不同的途徑進入到貝類機體不同組織和細胞中。García-Negrete等[28]將檸檬酸鹽金納米粒子(Au-citrate nanoparticles)投放到人工海水中，顆粒的聚集程度被證明有濃度依賴性。在低濃度時沒有聚結(jié)或只發(fā)現(xiàn)有限的初級粒子聚集物，而且發(fā)現(xiàn)檸檬酸鹽金納米顆粒積累在消化腺溶酶體中，離子則積累在鰓中，消化道內(nèi)腔細胞中有殘余的致密顆粒體，可能由于消化吸收過程，導致檸檬酸鹽金納米顆粒聚集成了較大的顆粒物質(zhì)。Ringwood等[29]在體外培養(yǎng)的美洲牡蠣(Crassostrea virginica)消化腺細胞中也觀察到C60富勒烯在細胞中聚集成塊。Zuykov等[30]采用超濾和放射性示蹤技術(shù)確定了藍貽貝(Mytilus edulis)外套膜外液中銀的濃度和形態(tài)，納米銀顆粒被運送到貽貝外套膜外液的水平在某種程度上與銀離子形式的運送水平相似。外套膜中放射性銀的體積活性在整個貽貝只檢測到了7%，表明納米銀顆粒比銀離子吸收得多，血細胞可能在銀遷移中發(fā)揮重要作用。

研究顯示，納米顆粒的攝入程度受到水中其他化學物質(zhì)的干擾。Tedesco等[31]的研究表明，與暴露在混合物中相比，暴露在單一納米金顆粒(GNP)溶液的藍貽貝(M.edulis)消化腺中積累的納米金顆粒較多，而暴露在甲萘醌(menadione)與納米金顆粒兩種混合物中則沒有發(fā)現(xiàn)納米金顆粒，可能在攝食時甲萘醌抑制了納米金顆粒的生物積累。對納米鋅的研究發(fā)現(xiàn)，納米顆粒的首要毒害組織是鰓，進入鰓細胞后，線粒體的結(jié)構(gòu)和功能受到破壞。Trevisan等[32]研究了納米氧化鋅在牡蠣(Crassostrea gigas)中的毒性。暴露6 h后，納米氧化鋅積累在鰓中，通過鰓的超微結(jié)構(gòu)分析顯示，納米顆粒囊泡在細胞膜和線粒體嵴上，24 h后觀察到線粒體腫脹和線粒體嵴更明顯的損失。48 h后納米顆粒積累在消化腺中，線粒體膜破壞，電子致密物質(zhì)中顯示有更多的胞質(zhì)小泡。數(shù)據(jù)表明，鰓是納米氧化鋅的初始目標，細胞線粒體是牡蠣特別容易受影響的細胞器。Koehler等[33]也得出同樣的結(jié)論，他們將藍貽貝(M.Edulis)暴露于納米二氧化硅，觀察到鰓上皮細胞中的纖維團比肝胰臟細胞中的大，表明這些物質(zhì)是首先被運到鰓中的。

3.1.2 對攝取和外排速率的影響

金屬納米顆粒和金屬離子在貝類中的攝取和外排具有差異性，一般來說金屬離子的生物利用度更高，納米顆粒的外排相對較慢。Khan等[34]利用生物動力學模型，推導了紫菜尖頂螺(Peringia ulvae)在納米銀顆粒和硝酸銀暴露下銀的攝取和外排速率常數(shù)。吸收率表明，銀離子的生物利用度為納米銀顆粒形式的2倍。雙相動力學顯示在外排的初始階段，銀離子比納米銀顆粒更快地除去，但外排的速率常數(shù)類似。Marie-Noele等[35]研究發(fā)現(xiàn)椎實螺(Lymnaea stagnalis)在低暴露濃度范圍內(nèi)，所有形式的銀吸收率隨著濃度升高而升高，一旦銀從飲食中攝入，不管是銀離子還是納米銀顆粒，銀的排泄非常緩慢并且損害消化能力，不能吸收攝入的食物，嚴重影響了它們的生長。Ward等[36]表示貝類能捕捉單個粒子(<1 μm)并有小于15%的保留率，因此，貝類無法大量攝入納米粒子。Gomes等[37]研究也表明，納米氧化銅與銅離子有不同的反應模式，銅積累在貽貝的鰓中，并且當暴露于納米氧化銅顆粒時，去除比積累的慢。生物動力學建模提供了一種有效的方法來確定環(huán)境中生物可利用的金屬濃度，有助于未來人工納米顆粒的風險評估。Kádár等[38]通過納米鐵顆粒的吸收實驗來評估納米鐵在鰓上皮細胞的毒性影響，結(jié)果證明：(1) 水溶性鐵(95%)和納米鐵(90%)在12 h從水柱內(nèi)除去；(2) 鐵離子和納米鐵顆粒在鰓上皮的吸收遵循不同的路線。Kádár等[39]后來證明納米鐵毒性與納米鐵顆粒的聚集和沉積作用有關(guān)。Hull等[75]研究表明生物轉(zhuǎn)化和生物沉積對納米粒子在水生生態(tài)系統(tǒng)中的遷移、轉(zhuǎn)化和沉積等有非常重要的作用。以上研究證實了貝類更容易攝取金屬離子，但是相對金屬離子，納米顆粒一旦被攝入，其更容易積累于生物體內(nèi)，不易排出。

表1 不同納米材料對貝類的毒性效應Table 1 Toxic effects of different nano-materials on shellfish

續(xù)表1

貝類Shellfish納米顆粒Nanoparticles毒性效應Toxiceffect初級粒子的表征Characterizationofprimaryparticles參考文獻References紫貽貝Mytilusgalloprovincialis單壁碳納米管(SWCNHs)納米四氧化三鐵Nano-Fe3O4納米銀AgNPs納米氧化銅Nano-CuO納米氧化銅Nano-CuO納米銀AgNPs納米氧化銅Nano-CuO納米聚苯乙烯珠Nanopolystyrenebeads溶酶體的改變Lysosomalchange抗氧化劑體系水平Theantioxidantsystem亞致死效應Sub-lethaleffects脂褐質(zhì)含量LipofuscincontentAPS:(70±10)nm54血淋巴、消化腺的吸收和消除Absorptionandeliminationinhemo-lymphanddigestiveglandAPS:50nm40差異表達蛋白Differentialproteinexpression氧化應激水平Oxidativestresslevels純度(Purity)為99.5%,APS:<100nm62抗氧化酶活性Antioxidantenzymeactivity金屬硫蛋白Metallothionein脂質(zhì)過氧化作用LipidperoxidationlevelsAPS:30～40nm37血細胞遺傳毒性HemocytegenotoxicityDNA損傷DNAdamage<50nm;<100nm63消化腺的氧化應激反應Oxidativestressofdigestivegland脂質(zhì)過氧化作用Lipidperoxidationlevels金屬暴露(金屬硫蛋白)Metalexposure(metallothionein)APS:(31±10)nm74攝食行為Feedingbehavior過濾活性FiltrationactivityAPS:30nm76菲律賓蛤仔Ruditapesphilippinarum檸檬酸鹽金納米顆粒Au-citratenanoparticles溶酶體的改變Lysosomalchange生物富集BioaccumulationAPS:(21.5±2.9)nm28紫菜尖頂螺Peringiaulvae納米銀顆粒AgNPs攝取和外排速率UptakeandeffluxrateAPS:(16.5±4.5)nm34靜水椎實螺Lymnaeastagnalis納米銀顆粒AgNPs溶酶體穩(wěn)定性LysosomalstabilityAPS:(17±5)nm35冰島扇貝Chlamysislandica納米銀顆粒AgNPs生物富集動力學和組織分布BioaccumulationkineticsandtissuedistributionS-NP:10～20nmL-NP:70～80nm425

續(xù)表1

貝類Shellfish納米顆粒Nanoparticles毒性效應Toxiceffect初級粒子的表征Characterizationofprimaryparticles參考文獻References冰島扇貝Chlamysislandica納米銀顆粒AgNPs納米金顆粒Goldnanoparticles納米二氧化硅Nano-SiO2納米鐵Nano-Fe納米三氧化二鐵Nano-Fe2O3蔗糖聚酯SucrosepolyesternanoparticlesC60富勒烯C60fullerene外套膜外液中金屬運輸MetaltransportinextrapallialfluidAPS:<40nm30內(nèi)殼層表面形態(tài)ThesurfacemorphologyofinnershellAPS:<40nm70消化腺中氧化應激水平Oxidativestressindigestivegland脂質(zhì)過氧化作用Lipidperoxidationlevels硫氧還蛋白還原酶活性ThioredoxinreductaseactivityAPS:～15nm31氧化應激水平OxidativestresslevelsAPS:～13nm52消化腺中氧化應激水平Oxidativestressindigestivegland脂質(zhì)過氧化作用Lipidperoxidationlevels溶酶體膜穩(wěn)定性LysosomalmembranestabilityAPS:(5.3±1)nm59組織攝取Tissueuptake亞細胞定位SubcellularlocalizationN/A33脂質(zhì)過氧化作用Lipidperoxidationlevels乙酰膽堿酯酶活性AcetylcholinesteraseactivityAPS:50nm38幼蟲發(fā)育LarvaldevelopmentN/A39消化腺細胞的吸收AbsorptionofdigestivecellsN/A46血細胞溶酶體穩(wěn)定性HemocytelysosomalstabilityN/A47藍貽貝Mytilusedulis;美洲牡蠣Crassostreavirginica納米聚苯乙烯珠Nanopolystyrenebeads納米顆粒吸收率NanoparticlesabsorptivityAPS:100nm36美洲牡蠣CrassostreavirginicaC60富勒烯C60fullerene納米銀顆粒AgNPs納米二氧化鈦Nano-TiO2消化細胞在體內(nèi)外的溶酶體膜穩(wěn)定性Lysosomalmembranestabilityofdi-gestivecellsinvitroandinvivo溶酶體攝取Lysosomaluptake幼體發(fā)育LarvaldevelopmentN/A29吞噬作用Phagocytosis(26±1.2)nm(70±3.3)nm45

續(xù)表1

貝類Shellfish納米顆粒Nanoparticles毒性效應Toxiceffect初級粒子的表征Characterizationofprimaryparticles參考文獻References美洲牡蠣Crassostreavirginica納米銀顆粒AgNPs胚胎發(fā)育Embryodevelopment金屬硫蛋白mRNA表達水平MetallothioneinmRNAexpressionlevel溶酶體膜穩(wěn)定性LysosomalmembranestabilityAPS:(15±6)nm50鰓和肝組織中的毒性Toxicityingillsandlivertissues溶酶體損傷Lysosomaldamage氧化性損傷OxidativedamageAPS:20～30nm67太平洋牡蠣Crassostreagigas納米氧化鋅Nano-ZnO生物積累Bioaccumulation氧化應激水平Oxidativestresslevels線粒體破裂MitochondrialdisruptionAPS:28～88nm32淺溝蛤Scrobiculariaplana納米氧化銅Nano-CuO納米金顆粒Goldnanoparticles納米氧化鋅Nano-ZnO納米銀顆粒AgNPs整個組織的生物積累Bioaccumulationofwholetissue行為反應(穴居動力學,攝食率)Behavioralresponses(burrowingdy-namicsandfeedingrate)生化反應(生物標志物)Biochemicalresponse(biomarkers)氧化應激的標志物OxidativestressmarkersAPS:10～100nm55氧化應激水平Oxidativestresslevels行為反應(挖洞和覓食)Behavioralresponses(burrowingandfeeding)APS:5,15,40nm56生物累積Bioaccumulation行為反應(穴居動力學,攝食率)Behavioralresponses(burrowingdy-namicsandfeedingrate)生化反應(生物標志)Biochemicalresponse(biomarkers)APS:20～30nm57氧化應激反應Oxidativestressresponse行為的生物標志物(穴居、攝食行為)Biomarkers(burrowingbehavior,feedingbehavior)APS:40～45nm58細胞損傷和抗氧化的生物標志物Biomarkersofcelldamageandantioxi-dant溶酶體穩(wěn)定性Lysosomalstability脂質(zhì)過氧化作用LipidperoxidationlevelsDNA損傷DNAdamage酚氧化酶和溶菌酶活性PhenoloxidaseandlysozymeactivityAPS:40～45nm64

續(xù)表1

貝類Shellfish納米顆粒Nanoparticles毒性效應Toxiceffect初級粒子的表征Characterizationofprimaryparticles參考文獻References斑馬貽貝Dreissenapolymorpha納米二氧化鈦Nano-TiO2MAPK磷酸化水平Mitogenactivatedproteinkinase(MAPK)phosphorylationlevel吞噬活性PhagocytosisAPS:25nm銳鈦礦/金紅石(Anatase/Rutile):80/2051九孔鮑Haliotisdiversicolorsupertexta納米二氧化鈦Nano-TiO2氧化應激水平OxidativestresslevelsAPS:≤10nm純度(Purity)≥99.5%SSA≥150m2·g-153琵琶蘿卜螺Lymnaealuteola納米氧化鋅Nano-ZnO納米銀顆粒AgNPs遺傳毒性(DNA損傷)Genotoxicity(DNAdamage)氧化應激水平OxidativestresslevelsAPS:50nm,SSA:>10.8m2·g-160急性毒性Acutetoxicity遺傳毒性GenotoxicityAPS:≤50nm61囊螺Physaacuta商業(yè)納米二氧化鈦CommercialTiO2改良納米二氧化鈦ModifiedTiO2胚胎發(fā)育率Embryogrowthrate胚胎孵化率Embryohatchability死亡率MortalityC-TiO2:40～60nm,50.3m2·g-1M-TiO2:7～11nm,301.7m2·g-168淡水貽貝Elliptiocomplanata碲化鎘量子點CdTequantumdots納米氧化鋅Nano-ZnO免疫活性Immuneactivity氧化應激(脂質(zhì)過氧化)Oxidativestress(Lipidperoxidation)遺傳毒性(DNA鏈斷裂)Genotoxicity(DNAstrandbreaks)N/A65元素組成關(guān)系Elementalcompositionrelationship金屬硫蛋白Metallothionein脂質(zhì)過氧化作用LipidperoxidationlevelsAPS:35nm71河蜆Corbiculafluminea納米金顆粒Goldnanoparticles納米顆粒吸收與清除Absorptionandeliminationofnanopar-ticlesAPS:7.8,15,46nm75

納米粒子在貝類體內(nèi)的吸收具有時效性，一般暴露初始階段吸收較快，且沉積的重要靶器官多為消化腺及相關(guān)器官。Hull等[40]測量了紫貽貝(Mytilus galloprovincialis)對用聚乙二醇(PEG)修飾的納米四氧化三鐵顆粒(PEG-FeOxNP)和聚乙二醇官能化的硒化鎘量子點(PEG-Qdot) 2種類型的金屬納米顆粒的吸收、分布和消除。結(jié)果表明，這2種類型中90%以上的納米顆粒是在暴露初始8 h內(nèi)吸收的。納米四氧化三鐵顆粒和聚乙二醇官能化的硒化鎘量子點幾乎都沉積在消化腺。另有研究顯示納米二氧化鈦在貝類消化腺中的積累比鰓高10倍以上，表現(xiàn)出比多數(shù)納米顆粒更好的積累特性[41]。另外，納米顆粒的粒徑大小會影響其在貝類體內(nèi)的分布與富集。Al-Sid-Cheikh等[42]將冰島扇貝(Chlamys islandica) 暴露在銀離子，小納米銀顆粒和大納米銀顆粒3種不同銀形式下，利用體內(nèi)γ計數(shù)和全身放射自顯影確定生物富集動力學和組織分布。所有形式的銀很容易迅速積累，消除過程也很快并呈指數(shù)形式，平均生物半衰期從1.4 d到4.3 d是快速階段，17 d到50 d為慢速階段，大部分的放射性集中在肝胰臟。銀離子和小納米銀顆粒組織分布相似，這2種銀形式在該組織的后期快速代謝掉，相反大納米銀顆粒在消化系統(tǒng)中出現(xiàn)持久聚集。評估穩(wěn)態(tài)的生物富集系數(shù)(BCF)在2 700～3 800 mL·g-1(溶解和銀顆粒形式)之間，表明小納米銀顆粒在短時間可以大量積累，然后進行有效的凈化過程。Wegner等[76]研究表明藍貽貝(M.Edulis)暴露在納米聚苯乙烯珠(PS)中時，貽貝降低自身過濾活性，但仍造成水中納米聚苯乙烯珠濃度明顯的減少。經(jīng)生物鑒定證實，納米聚苯乙烯珠聚集在貽貝足絲附近，并將納米聚苯乙烯珠從生物體排除到水中。以上研究顯示，納米顆粒在暴露初始階段容易快速積累，這對貝類容易造成急性毒性效應，另外大納米顆粒相對于小納米顆粒更容易積累在消化腺等部位，這對貝類可能會造成長期的慢性毒性效應，在評價納米材料毒性的時候應該注意此類問題。

3.2 納米顆粒對組織細胞水平的毒性效應

對于細胞水平上的毒性效應目前研究者利用體內(nèi)(in vivo)和體外(in vitro)的免疫毒性試驗，對不同納米顆粒在貝類中的毒性效應進行評估，包括測定細胞死亡率，溶酶體膜穩(wěn)定性，細胞吞噬活性和溶菌酶活性等。不同的納米顆粒對貝類消化細胞的溶酶體毒性不盡相同。Ward等[36]研究表明納米顆粒引起消化腺溶酶體膜穩(wěn)定性下降的能力依次為：NCB(納米炭黑)> C60 > TiO2> SiO2；引起溶酶體脂褐質(zhì)堆積和脂質(zhì)累積能力大小的順序為：NCB >TiO2和SiO2。Wang等[43]研究發(fā)現(xiàn)將翡翠貽貝(Perna viridis)在納米二氧化鈦下暴露216 h，血細胞死亡率隨著二氧化鈦濃度的增加而升高，吞噬作用減弱，非特異性酯酶和溶酶體隨濃度增加而減少，但是血淋巴細胞的體外(in vitro)試驗顯示，納米顆粒沒有引起相應參數(shù)的改變。在牡蠣血細胞中，納米二氧化鈦降低了溶酶體膜的穩(wěn)定性和細胞吞噬功能[45]，并增加了抗菌肽的轉(zhuǎn)錄。Moore等[46]發(fā)現(xiàn)納米顆粒對雙殼類細胞影響的第一個指示是納米顆粒在細胞漿質(zhì)和溶酶體中的積累，并將貽貝血細胞中誘導的細胞毒性作為降低溶酶體膜穩(wěn)定性的評價標準[47]。以上研究證明了納米顆粒對貝類的血細胞在不同方面呈現(xiàn)出免疫毒性作用，但是體內(nèi)和體外試驗的結(jié)果未必一致。

納米顆粒對貝類血淋巴細胞的毒性具有濃度依賴性，高濃度下可降低細胞溶酶體和線粒體的功能。Canesi等[48]研究發(fā)現(xiàn)貽貝血細胞(M.galloprovincialis)暴露在納米炭黑(NCB; 1,5,10 μg·mL-1)濃度下30 min，沒有引起顯著的溶酶體膜不穩(wěn)定，當血細胞暴露在10 μg·mL-1濃度下60 min后，細胞表面和內(nèi)部都能發(fā)現(xiàn)納米炭黑，并且血細胞表現(xiàn)出各種形態(tài)。通過中性紅保留時間試驗表明，血細胞對納米炭黑的攝取具有濃度依賴性，并誘導細胞中溶菌酶和一氧化氮的釋放。在高濃度下，經(jīng)流式細胞儀檢測，納米炭黑可誘導線粒體性能和膜電位降低，表明發(fā)生預凋亡過程。納米炭黑介導的有絲分裂原活化蛋白激酶(MAPKs) p38和JNKs的快速激活效應在免疫和炎癥反應中也發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Kádár等[38]通過納米鐵顆粒的吸收實驗評估了納米鐵在血細胞中的毒性效應，結(jié)果證明納米鐵和可溶性三氯化鐵對循環(huán)血細胞的溶酶體穩(wěn)定性也造成類似的損害，暴露于鐵的2種不同形式，鰓脂質(zhì)過氧化作用都有所增加，而乙酰膽堿酯酶活性則不受影響。Ringwood等[50]在實驗中也發(fā)現(xiàn)納米銀會使牡蠣的溶酶體損傷。Couleau等[51]研究斑馬貽貝(Dreissena polymorpha)暴露在0.1和1 mg·L-1納米二氧化鈦下時發(fā)現(xiàn)，貽貝細胞吞噬活性受到抑制。透射電鏡顯示納米二氧化鈦首次進入貽貝血細胞內(nèi)。此外，暴露于納米二氧化鈦中的所有試驗組都表現(xiàn)出ERK 1/2磷酸化水平的增加。但相比于對照組而言，只有暴露在5和 25 mg·L-1的納米顆粒濃度下才誘導明顯的p38磷酸化水平活化。以上研究顯示了貝類的血淋巴細胞是納米顆粒致毒的重要靶點。

3.3 納米顆粒對氧化損傷的影響

活性氧(reactive oxygen species，ROS)是引起蛋白質(zhì)氧化損傷的重要因素，機體內(nèi)有多種抗氧化酶類可以清除ROS，如超氧化物歧化酶，過氧化氫酶和谷胱甘肽相關(guān)酶類，這些酶類的水平可以反映機體的氧化損傷狀態(tài)。研究顯示許多納米顆?？稍黾覴OS產(chǎn)生，從而導致相關(guān)的抗氧化酶活性改變。Ward等[36]研究表明在幾種納米粒子中，增強過氧化氫酶活性能力的大小順序為：SiO2>NCB=TiO2>C60。Tedesco等[31]報道在貝類消化腺中，納米金顆?？梢鹧趸凸入赘孰?GSSG)的比例減少和適度的氧化應激，從而氧化谷胱甘肽(GSH)和蛋白質(zhì)中的巰基，因此消化腺中的蛋白巰基減少，但未引起脂質(zhì)過氧化作用(LPO)或誘導硫氧還原蛋白酶活性。Tedesco[52]等的另一研究結(jié)果也顯示，納米金顆粒可誘導氧化應激，并且在鰓、外套膜和消化腺中確定了蛋白的泛素化和羰基化，誘導過氧化氫酶(CAT)活性增加。Canesi等[49]的研究表明C60和TiO2主要積累于牡蠣的消化腺細胞溶酶體中，使一系列的抗氧化酶如過氧化氫酶、谷胱甘肽的活力發(fā)生了改變，并造成脂褐質(zhì)的堆積，以上都是因為氧自由基的大量產(chǎn)生而導致的氧化脅迫。此外，暴露時間的長短也是影響毒性的關(guān)鍵因素，且不同器官對納米顆粒的生理反應顯示差異性。Trevisan等[32]的研究表明，貝類在納米氧化鋅下暴露24 h后，鰓中的谷胱甘肽還原酶(GR)活性降低了29%，而其他生化反應在暴露48 h后才觀察到：蛋白巰基水平降低(-21%)，脂質(zhì)過氧化作用(+49%)和谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)活性增加(+26%)。納米氧化鋅在消化器官的積累和超微結(jié)構(gòu)變化一致，消化腺呈延遲的生化反應。暴露48 h后，除了谷胱甘肽還原酶活性降低(-47%)之外，其他生化改變在消化腺中沒有表現(xiàn)。結(jié)果表明，鰓比消化腺更優(yōu)先吸收鋅顆粒，導致線粒體更早破裂和出現(xiàn)氧化應激。Tedesco等[59]研究發(fā)現(xiàn)納米金顆粒集中積累在貽貝的消化腺中，而貽貝的氧化應激發(fā)生在24 h內(nèi)，并表現(xiàn)出顯著的脂質(zhì)過氧化作用，卻降低了含巰基的蛋白質(zhì)含量。Ali等[60]將琵琶蘿卜螺(Lymnaea luteola)暴露在納米氧化鋅顆粒(32 μg·mL-1)中24 h和96 h后，引起了消化腺還原谷胱甘肽，谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶和谷胱甘肽過氧化物酶顯著減少，并伴隨丙二醛水平和過氧化氫酶的增加，Gomes等[74]的研究也呈現(xiàn)類似結(jié)果，并引起脂質(zhì)過氧化水平和金屬硫蛋白濃度的增加。以上研究顯示了納米顆粒在暴露初期可以對消化腺造成急性的氧化應激作用，消化腺和鰓是納米顆粒的主要作用靶點。另外氧化應激的程度與納米顆粒濃度有密切關(guān)系。Zhu等[53]研究顯示九孔鮑(Haliotis diversicolor supertexta)在納米二氧化鈦濃度范圍為0.1～10 mg·L-1時未發(fā)現(xiàn)急性效應。然而，暴露在1.0 mg·L-1的納米二氧化鈦中，九孔鮑的超氧化物歧化酶(SOD)活性顯著增加。當濃度≥1.0 mg·L-1時，谷胱甘肽含量顯著減少，脂質(zhì)過氧化水平隨著納米二氧化鈦劑量的增加而增加且一氧化氮產(chǎn)生過量。這些結(jié)果表明，雖然納米二氧化鈦對九孔鮑沒有急性毒性，但對它產(chǎn)生了氧化應激。Moschino等[54]研究發(fā)現(xiàn)單壁碳納米管(SWCNHs)影響貽貝血細胞溶酶體，酶活性顯著降低，增加了活性氧分子產(chǎn)生，抗氧化水平增強 ，消化道細胞脂褐素積聚增加。高濃度的單壁碳納米管可能誘發(fā)的亞致死效應與貽貝氧化應激反應以及消化細胞和血細胞中的溶酶體變化有關(guān)，納米顆粒積累在貽貝消化腺中，會導致消化細胞消化功能下降。

納米顆粒在一定條件下可以誘導抗氧化酶水平增加，從而可以更加有效地清除過多的氧自由基。Buffet等[55]評估了淺溝蛤(Scrobicularia plana)在納米氧化銅暴露下的氧化應激標志物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽-S-轉(zhuǎn)移酶(GST)活性增強，金屬硫蛋白也有所增加。Pan等[56]研究結(jié)果也顯示，納米金顆粒可誘導金屬硫蛋白，且使過氧化氫酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶的活性都有所增加，Buffet等[57]也證實了這一結(jié)果。有研究顯示重金屬納米顆粒相比其離子狀態(tài)下對貝類可引起更大程度的氧化應激。Gomes等[37]的研究表明，相比于銅離子，納米氧化銅誘導的氧化應激在貽貝鰓中更大，引起顯著的脂質(zhì)過氧化。這與Ringwood等[50]的結(jié)果十分相似，并且他們在實驗中發(fā)現(xiàn)納米銀會使牡蠣的金屬硫蛋白mRNA的表達水平上升，但是到目前為止仍不清楚毒性的來源是銀離子還是納米銀顆粒，或者是兩者皆有。此外，納米顆粒的暴露途經(jīng)對貝類氧化應激也有一定影響。Buffet等[58]研究發(fā)現(xiàn)納米乳酸銀顆粒在水暴露中的生物積累比飲食暴露中更加嚴重，氧化應激生物標志物，如谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶和超氧化物歧化酶，在飲食暴露下活性明顯增加，過氧化氫酶在2種暴露方式中活性都有所增加，對于硫代巴比妥酸反應物質(zhì)(TBARS)，乙酰膽堿酯酶(AChE)，乳酸脫氫酶(LDH)和胱天蛋白酶3而言，飲食暴露和水體暴露下沒有明顯差異。不同種類的納米顆粒產(chǎn)生的氧化應激的程度有所不同。

3.4 納米顆粒在分子水平上的效應

納米顆?？墒关愵怐NA結(jié)構(gòu)、免疫相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄水平和相關(guān)蛋白質(zhì)表達改變。Barmo等[44]將紫貽貝(M.galloprovincialis)在納米二氧化鈦下暴露96 h發(fā)現(xiàn)，在消化腺中，納米二氧化鈦降低了抗氧化和免疫相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。Ali等[60]將淡水螺(Lymnaea luteola)暴露在納米氧化鋅顆粒(32 μg·mL-1)中24 h和96 h后，引起消化腺細胞DNA損傷。Ali等[61]研究納米銀顆粒對L.luteola 的急性毒性和遺傳毒性也得到類似結(jié)論。Gomes等[62]探討了暴露在納米銀中紫貽貝鰓和消化腺蛋白表達譜差異，結(jié)果表明納米銀改變了與應激反應相關(guān)的2種蛋白和參與細胞骨架和細胞結(jié)構(gòu)的1種蛋白的表達。納米顆粒和相應的溶液金屬離子在貝類遺傳毒性上具有差異性。Gomes等[63]通過彗星試驗檢測納米顆粒和離子對血細胞遺傳毒性的影響，結(jié)果表明暴露在納米顆粒和離子形式的銅和銀都會誘發(fā)血細胞DNA損傷，但離子形式比納米顆粒形式有較高的遺傳毒性。蛋白質(zhì)鑒定表明納米銀的分子毒性通過氧化應激誘導的細胞信號通路來介導(包括線粒體和細胞核)，可導致細胞死亡。然而，Buffet等[64]的研究表明，與可溶性銀相比，納米銀顆粒聚集物更容易誘導淺溝蛤(S.plana)細胞凋亡和DNA損傷，并引起炎癥和免疫反應增加。Gagnè等[65]在淡水雙殼類(Elliptio complanata)的組織和血細胞中觀察到CdTe量子點積累，血細胞參數(shù)的改變，鰓和消化腺細胞中DNA鏈的斷裂，從而導致DNA完整性破壞，產(chǎn)生分子毒性效應。納米顆粒對不同器官的分子毒性具有差異性。McCarthy等[67]研究納米銀在美洲牡蠣(C.virginica)鰓和肝組織中的毒性，結(jié)果表明，相比于鰓，肝對納米銀更敏感，其總蛋白水平增加，更容易引起肝損傷并導致代謝和生殖障礙。納米顆?？梢耘c其他環(huán)境污染物在毒性效應上產(chǎn)生交互作用。Canesia等[66]研究了納米二氧化鈦和2，3，7，8-四氯代二苯并二噁英(TCDD)的體外聯(lián)合暴露實驗，結(jié)果表明，納米二氧化鈦和TCDD能發(fā)揮協(xié)同作用，納米二氧化鈦使TCDD積累顯著增加，引起血細胞中溶酶體的減少和鰓細胞中DNA損傷的增加，納米顆粒生物積累主要集中在消化腺，引起消化腺中的基因表達改變?？傊?，納米顆粒物主要從鰓，血細胞，消化腺相關(guān)細胞引起各種分子毒性，從而造成生理生化指標的變化，氧化應激與各種代謝活動紊亂。

3.5 納米顆粒對貝類胚胎和幼體發(fā)育的毒性效應

目前有證據(jù)顯示，納米顆粒對貝類的胚胎和幼體發(fā)育產(chǎn)生抑制作用，如發(fā)育速率下降，產(chǎn)生畸形個體或致死等。胚胎發(fā)育和孵化試驗在慢性納米顆粒毒性試驗中是一個確定環(huán)境中沉積納米顆粒毒性閾值的有效手段。Musee等[68]評估了納米材料γ-alumina、α-alumina、改良的二氧化鈦(M-TiO2)和商業(yè)二氧化鈦(C-TiO2)對淡水囊螺(Physa acuta)的生存、行為和早期生命階段的影響。研究結(jié)果表明，在亞致死濃度水平上增加γ-alumina和α-alumina的濃度會引起胚胎發(fā)育率和孵化率顯著下降，并誘導胚胎發(fā)育畸形。此結(jié)果意味著納米顆粒在貝類孵化期和浮游期具有負面影響作用，可能改變某些生態(tài)種群，進而危及整個水生生態(tài)功能。Ringwood等[29]發(fā)現(xiàn)牡蠣幼體暴露于C60富勒烯下(4 d，10～500 μg·L-1)引起幼蟲發(fā)育異常。Libralato等[69]評估納米二氧化鈦 (0～64 mg·L-1)對紫貽貝早期幼蟲發(fā)育階段的潛在影響，發(fā)現(xiàn)其對D型幼體的發(fā)育產(chǎn)生延遲性，或者導致畸形個體產(chǎn)生。納米二氧化鈦毒性主要與它的濃度和外周環(huán)境有關(guān)，納米二氧化鈦對幼蟲產(chǎn)生最大不利影響的濃度發(fā)生在4～8 mg·L-1。這些濃度下普遍出現(xiàn)畸形的D型幼蟲而不是延遲性的D型幼體前階段幼蟲。在暴露的開始階段，毒性作用就已經(jīng)發(fā)生，納米顆粒沒有損害胚胎發(fā)育，但是從擔輪幼蟲發(fā)育到殼頂幼蟲階段的轉(zhuǎn)變時誘導產(chǎn)生了畸形。研究還顯示光照可以增強納米顆粒的幼體發(fā)育毒性。納米二氧化鈦濃度在4～8 mg·L-1時，光/暗條件下產(chǎn)生的延遲性幼蟲比暗條件下多2倍，非線性回歸表明，每個暴露實驗出現(xiàn)2個EC50值：EC50在光/暗曝光條件下比暗條件下低，表明光照增加了納米二氧化鈦的毒性效應。

3.6 納米顆粒對貝類的其他毒性效應

納米顆粒對貝類的穴居和攝食行為有一定影響。Buffet等[55]評估了淺溝蛤(Scrobicularia plana)在納米氧化銅顆粒和銅離子暴露下的穴居動力學和攝食行為。結(jié)果表明，在2種形式暴露下，淺溝蛤穴居行為受到了損傷，但沒有表現(xiàn)出明顯的神經(jīng)毒性作用。Buffet等[58]研究發(fā)現(xiàn)，納米銀顆粒對淺溝蛤(S.plana)的穴居行為沒有影響，但是在10 d的飲食暴露下，它的攝食行為受到了抑制。納米顆粒對貝類殼的形態(tài)、成分和形成也有一定的影響。Zuykov等[70]將納米銀用放射性同位素標記，用它做短期的暴露實驗觀察紫貽貝內(nèi)殼層表面(ISS)的形態(tài)，發(fā)現(xiàn)貝殼珍珠層在暴露狀態(tài)下顯示出環(huán)狀結(jié)構(gòu)(DSS)，該結(jié)構(gòu)由碳酸鈣顆粒構(gòu)成，覆蓋在文石片表面。在野外現(xiàn)場采集雙殼類樣品時也顯示有環(huán)狀結(jié)構(gòu)。環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形成可以由貝殼鈣化機理的干擾來解釋。雖然環(huán)狀結(jié)構(gòu)的發(fā)生并不是特定地只與貽貝對金屬的生物利用度聯(lián)系在一起，但是環(huán)狀結(jié)構(gòu)的形態(tài)與金屬的吸收利用有一定關(guān)系，納米顆粒對貝殼元素組成會產(chǎn)生一定的變化和誘導。Gagné等[71]研究納米氧化鋅暴露對淡水貽貝(Elliptio complanata)元素組成的影響。與暴露在可溶性鋅離子相比，貽貝暴露于納米氧化鋅中增加了貽貝消化腺中總鋅、金屬硫蛋白和脂質(zhì)過氧化的水平，還加強了組織中必需元素濃度，特別是Al，As，Cd，Cu，F(xiàn)e，Ni，Mo和Zn這些元素，而必需元素的增加又可導致更多的氧化性損傷。因此，金屬組學是有效理解水生生物中納米毒性效應和行為模式的有力手段。

4 展 望

形式各異的納米顆粒通過不同途徑進入水體環(huán)境，它們與環(huán)境產(chǎn)生的相互作用和發(fā)生的環(huán)境行為十分復雜，現(xiàn)有的研究結(jié)果顯示不同的納米顆粒在生態(tài)毒理和毒性上不盡相同，納米顆粒的毒性究竟具體源自哪些方面仍有待于進一步研究，同時對納米顆粒的毒理研究通常只考慮了顆粒的大小形態(tài)和濃度，而對納米顆粒與實際水體環(huán)境中物質(zhì)或生物大分子材料發(fā)生的相互作用和各種遷移、轉(zhuǎn)化和降解等環(huán)境行為考慮不多。另外，關(guān)于此類研究多集中于單一物質(zhì)對生物體的影響，而有關(guān)多種毒物聯(lián)合作用對生物體毒性效應知之甚少。因此，未來的納米顆粒生態(tài)毒理學研究應聚焦于實際環(huán)境中的納米顆粒的遷移、轉(zhuǎn)化和降解，納米顆粒在不同水質(zhì)和水文條件下的物理化學狀態(tài)及其毒性，以及納米顆粒與其他環(huán)境因素或異質(zhì)的聯(lián)合毒性效應，如缺氧，酸化，溫度，持久性有機污染物和微塑料等，這樣才能更準確地預知實際環(huán)境中納米顆粒的生態(tài)毒理效應。

在水生無脊椎動物中，貝類是調(diào)查納米顆粒潛在毒性影響和作用機制的理想模型生物。在納米顆粒暴露下，免疫和消化細胞是納米顆粒致毒的主要靶點。免疫參數(shù)評估也是反應生物體健康狀況的典型指標。生物標志物方法已被證明是比傳統(tǒng)的毒性測試(納米顆粒是怎樣導致生物體的生理變化)更有效和快捷的毒性測試方法。生物標志物可以同時提供應激物的亞致死量影響的指示，以及基本的生化機制和對可能的生殖和種群影響的一個“預警”[72]。生物標志物在生態(tài)毒理研究中凸顯出其優(yōu)勢，如過氧化氫酶，谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶，超氧化物歧化酶，硫代巴比妥酸反應物質(zhì)，乙酰膽堿酯酶，DNA損傷，胱天蛋白酶3，酚氧化酶，酸性磷酸酶和溶菌酶等，可以用來解釋相關(guān)毒性機制和不同類型納米顆粒對水生生物的作用模式。

然而，當研究納米材料的生態(tài)毒理效應時，急性體內(nèi)試驗(in vivo)和體外試驗(in vitro)的結(jié)果不一定吻合。納米顆粒生態(tài)毒理學中一般采用體內(nèi)試驗研究納米顆粒對生物的毒性效應，與現(xiàn)實中生物暴露于納米材料下較為相似，而體外實驗是基于離體的器官、組織和細胞來檢測其毒性，一般用于解釋納米顆粒的致毒機理，研究中應該根據(jù)納米顆粒的性質(zhì)和目標生物的特點有針對性的選擇適宜的方法。Zhu等[73]指出急性毒性試驗不能提供納米材料與試驗物種相互作用的全面信息。在體內(nèi)和體外的毒理實驗中，大多數(shù)納米顆粒毒性效應的研究多采用短期暴露方式，且設(shè)置的納米顆粒濃度均高于其在實際水環(huán)境中的含量，有關(guān)納米顆粒低劑量長期暴露的研究尚不多見。近來研究也表明，慢性或長期暴露實驗可能會更清晰地顯示納米顆粒的毒性。另外，已有的研究大多關(guān)注納米顆粒對生物個體和種群的毒性影響，且基本都是在實驗條件下進行，很少涉及在實際水環(huán)境條件下對生物群落水平的影響研究，缺乏環(huán)境的真實性，使得現(xiàn)有的研究成果存在一定局限性。并且目前對納米材料的毒性測試缺乏標準的生理生態(tài)方法和統(tǒng)一的實驗操作，且納米顆粒在貝類中的生物利用度、攝取模式、攝食機理和實際體內(nèi)暴露濃度尚未完全明確，使得試驗結(jié)果之間可比性不強，此外，納米顆粒的食物鏈遷移和生物放大作用也十分重要，特別是對一些水產(chǎn)動物的研究，如食用貝類，這些信息是了解納米顆粒在人類中潛在轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。因此，基于已有的研究基礎(chǔ)，針對現(xiàn)有研究存在的不足，在今后還應加強對低濃度納米顆粒長期暴露實驗的研究，模擬自然環(huán)境條件下納米顆粒的毒理效應及其作用機制研究，完善和標準化納米材料的毒理學測定和研究方法，揭示生物體吸收和傳遞納米顆粒的機制，進一步證明納米顆粒的食物鏈遷移和生物放大作用，這樣才能更好地研究和預測納米材料對環(huán)境以及人類健康的影響。

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◆

Research Progress in Ecotoxic Effects of Manufactured Nanomaterials on Shellfish

Ge Chunmei1,Huang Xizhi1,Lin Daohui2,3,Wang Youji1,2,*,Lu Weiqun1,#

1.College of Fisheries and Life Science,Shanghai Ocean University,Shanghai 201306,China 2.The Key Laboratory of Organic Pollution Process and Control,Zhejiang Province,Hangzhou 310058,China 3.Department of Environmental Science,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China

5 August 2014 accepted 20 October 2014

Nanotechnology has become one of the most rapidly developing technologies in the 21st century.Nanomaterials are widely applied to various areas because of the special physical and chemical properties,including agriculture,electronics,biomedicine,manufacturing,pharmaceuticals and cosmetics,thus nanomaterials are inevitably released into the aquatic environment.Shellfish has attracted much attention in nano-toxicology studies due to its wide distribution,key position in food chain,filter feeding habit,strong ability to bioaccumulate heavy metals and contaminants,and aquaculture and commercial value.In this article,we summarized and analyzed the latest scientific research references,through three aspects: 1) the behavior of manufactured nanomaterials in water environment; 2) the significance of shellfish as indicator organisms to monitor marine pollution; 3) the toxic effects of manufactured nanomaterials on shellfish,mainly including nanoparticles uptake,accumulation and depuration of shellfish,and reviews from tissue and cell level,molecule and gene level,embryonic development and individual growth and other physiological toxicity effect.

manufactured nanomaterials; shellfish; toxic effects; review

國家自然科學基金(31302207)；上海市自然科學基金(13ZR1455700)；上海教委創(chuàng)新項目(13YZ096)；上海市大學生創(chuàng)新項目(B-5106-12-0020；B-5106-13-0001)；上海高校水產(chǎn)學一流學科建設(shè)項目； 浙江省有機污染過程與控制重點實驗室開放基金項目(2015-2016)

葛春梅(1992-)，女，研究生，研究方向為水產(chǎn)養(yǎng)殖，E-mail: 863596783@qq.com；

*通訊作者(Corresponding author)，E-mail: yj_wang@shou.edu.cn

2014-08-05 錄用日期：2014-10-20

1673-5897(2015)4-1-16

X171.5

A

王有基(1981—)，男，海洋生物與環(huán)境科學博士，副教授，主要研究方向為水生動物生態(tài)生理學。

呂為群(1967—)，男，生理學博士，教授，主要研究方向為水生動物適應生理學。

#共同通訊作者(Co-corresponding author),E-mail: wqlv@shou.edu.cn

10.7524/AJE.1673-5897.20140805001

葛春梅,黃茜枝,王有基,等.人工納米材料對貝類生態(tài)毒理效應的研究進展[J].生態(tài)毒理學報,2015,10(4): 1-16

Ge C M,Huang X Z,Wang Y J,et al.Research progress in ecotoxic effects of manufactured nanomaterials on shellfish [J].Asian Journal of Ecotoxicology,2015,10(4): 1-16(in Chinese)