食物质量与丰度对大型溞耐受纳米氧化锌的影响

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大多数富营养水域都存在被新型环境污染物纳米粒子污染的风险,随着养殖水体的富营养化,这通常导致浮游动物、纳米粒子、蓝藻和绿藻同时存在同一养殖水域中。浮游植物作为生态系统中的初级生产者,它们的生物量一般随着水体环境的变化而波动,因此作为消费者的浮游动物可能会暴露在不同的食物条件下,从而食物和纳米粒子可能对浮游动物产生交互影响。虽然已有研究报道了纳米粒子、小球藻、微囊藻分别对枝角类生活史的影响,但是养殖水域中,不同食物条件下的枝角类对纳米粒子的耐受性如何变化依旧是一个尚未得到科学回答的现实问题,为了明确两者对枝角类的影响是否存在交互作用,本论文探究了不同食物和纳米粒子对枝角类生活史关键参数的综合效应。本论文选择生态毒理检测模式生物大型溞(Daphnia magna)作为研究对象,通过将不同食物条件下的大型溞暴露于不同ZnO NPs浓度中进行慢性生活史实验,观察其存活、发育、繁殖等生活史指标,探究食物的份量、营养质量以及毒素如何影响纳米粒子对大型溞生活史参数的生态毒理效应。主要研究结果如下:1.有毒微囊藻和纳米粒子对大型溞生活史特征的综合影响有毒微囊藻和ZnO NPs均显著延迟了大型溞的性成熟发育时间,但是这两个因素除了对指标性成熟体长有交互作用外,二者在成熟时间上没有显著交互作用。ZnO NPs和有毒微囊藻均显著降低了大型溞母体的第一代产后代数、子代总数和产后代次数,且ZnO NPs与食物类型对大型溞的繁殖性能具有显著的交互作用。当ZnO NPs浓度为0.15 mg L-1时,含不同比例的毒微囊藻的食物类型中,大型溞的繁殖性能差异也趋于缩小,在死亡率指标上也出现了类似的现象。这些结果表明,低浓度的ZnO NPs和有毒微囊藻可以相互削弱它们各自对大型溞的负面影响。2.无毒微囊藻和纳米粒子对大型溞生活史特征的综合影响无毒微囊藻和纳米粒子对大型溞的存活时间均有显著降低影响,但两个因素之间没有显著交互作用。含有无毒微囊藻的食物中,纳米粒子浓度为0.30 mg L-1时,大型溞不能达到性成熟的状态;纳米粒子浓度为0.25 mg L-1时,大型溞不能产后代。两个因素对大型溞性成熟时间、第一窝产后代时间均有显著延迟影响,对性成熟体长均有降低作用,两个因素之间没有显著交互作用;对第一窝产后代数目、总后代数目分别均有显著降低影响,两个因素对第一窝产后代数目没有显著交互作用,但对总后代数目有显著交互作用。本实验结果强调了无毒微囊藻的营养质量缺陷加剧了纳米粒子对枝角类的危害。3.不同小球藻丰度下纳米粒子对大型溞生活史的影响低丰度的小球藻和纳米粒子的存在均可显著降低大型溞的存活天数、延迟其发育和繁殖。而且,随着纳米粒子浓度的升高,藻丰度的降低对大型溞的毒性作用显著增强,两因素具有明显的交互作用。研究还发现,在任一纳米粒子实验浓度下,大型溞性成熟、首次产后代时间均随藻丰度的增加呈指数下降趋势,随后达到一个恒定值;其存活时间、性成熟体长和繁殖等指标呈指数增长,并逐渐达到恒定值。在ZnO NPs分别为0.10和0.15 mg L-1时,小球藻丰度较低(0.05 mg C L-1)时已经不能满足大型溞发育和繁殖的食物最低需求,只有当小球藻丰度达到0.15 mg C L-1时,暴露于ZnO NPs中培养的大型溞可以达到产后代状态。本实验表明,食物丰度会介导纳米粒子对枝角类的毒理效应,在开展纳米粒子对浮游动物的生态毒理学研究时需要考虑到食物丰度的影响。综上所述,污染物ZnO NPs显著地危害枝角类存活、发育和繁殖等关键生活史参数,这种影响受到食物丰度、营养质量、食物毒性的介导,存在显著性的交互作用。该研究结果对于评估养殖水域中复杂食物条件下ZnO NPs对水产饵料生物浮游动物的影响具有重要参考价值,对揭示在蓝藻存在条件下浮游动物对新型环境污染物的差异化适应性耐受也具有重要的意义。
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