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1、宁德师范学院毕业设计(论文)石墨化羧基碳纳米管对锦鲫的环境健康风险评价姓 名陈煌玲学 号B2016063121专业（班级）环境科学与工程1班学 院化学与材料学院指 导 教 师阚海峰职 称讲师完 成 日 期 2020 年 5 月 20 日原创性声明本人声明所呈交的本科毕业论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明。签名：_ 日期：_关于论文使用授权的说明本人完全了解宁德师范学院有关保留、使用毕业论文的规定，即：宁德师范学院有权
2、保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；宁德师范学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：_ 导师签名：_ 日期：_摘 要本文以石墨化羧基碳纳米管为研究对象，锦鲫为受试对象，采用半静态染毒方法，分析暴露在不同浓度(10mg/kg、100mg/kg)的石墨化羧基碳纳米管溶液在7、14、30天后鱼体肝脏中蛋白质浓度、SOD活性和CAT活性等指标，探讨其潜在的致毒机制。实验可得：染毒暴露时间的增加，不管是10mg/kg低浓度组还是100mg/kg高浓度组的SOD活性都呈现出上升趋势，机体产生氧化应激反应，对外界产生抵御能力
3、；而对CAT活性都是呈显著性的降低，CAT活性受到抑制，使锦鲫的肝脏失去调节能力，直到抗氧化防御系统受到损伤。关键词：石墨化羧基碳纳米管；锦鲫；SOD；CAT；毒性效应AbstractThis paper studied the protein concentration, SOD activity and CAT activity of graphitic carboxyl carbon nanotube solution exposed to different concentrations (10 mg/kg、100mg/kg) in the liver of fish after 7,
4、14 and 30 days. The results showed that the SOD activity of 10 mg/kg low concentration group or 100 high concentration group showed an increasing trend, and the body produced oxidative stress reaction and the ability to resist the outside world. and the CAT activity was significantly decreased, and
5、the CAT activity was inhibited, which made the liver of crucian carp lose its regulating ability until the antioxidant defense system was damaged.Keywords：graphitic carboxyl carbon nanotubes; Carassius auratus; SOD;CAT; toxicity effect目 录1 引言11.1 碳纳米管的概述11.2 碳纳米管的分类11.3 碳纳米管的制备方法及其特点21.3.1 电弧放电法21.3
6、.2 催化裂解法31.3.3 固相热解法31.4 碳纳米管在各领域的应用31.4.1 生物医药领域的应用31.4.2 食品药物残留检测的应用31.4.3 分析化学领域的应用41.5 碳纳米管的毒性表现及其生物效应41.5.1 碳纳米管的毒性表现41.5.2 碳纳米管对水生生物的毒性效应41.6 本文的研究目的和意义52 实验部分52.1 实验材料52.1.1 实验仪器与试剂52.1.2 锦鲫的驯养62.2 实验步骤62.2.1 石墨化羧基碳纳米管的超声分散62.2.2 暴露染毒实验72.3 生化指标测定72.3.1 总蛋白测定72.3.2 SOD活性测定72.3.3 CAT活性测定82.4 数
7、据统计分析83 结果与讨论83.1 结果分析83.1.1石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏内蛋白质浓度的影响83.1.2 石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏内SOD活性的影响93.1.3 石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏内CAT活性的影响 103.2 结果讨论114 结论125 展望13参考文献15致谢16石墨化羧基碳纳米管对锦鲫的环境健康风险评价1 引言1.1 碳纳米管的概述CNTs是由很多碳分子组成的同轴管状型物质，在1991年被日本专家饭岛澄男(S.Iijima)发现1，又叫巴基管，是一种暗黑色的粉末状物质。利用高温高压对结晶差、缺陷多的CNTs进行处理，可以提高碳纳米管的石墨化程度，从而进一步改善CN
8、Ts的性能，使得它在化学、力学和电学方面2都受到了极大的关注，也被运用于各个领域，特别是在生物医学、材料学和信息存储方面。但是近年来，在对碳纳米管更深入的研究中，发现碳纳米管对生物不仅仅只是有利的，其对生物的健康与安全也有一定的危害。日常生活中都认为石英粉末对肺的危害性是最大的，但经过调查发现，碳纳米管对肺的损伤远远超出了石英粉末。研究在密苏里大学和美国地质调查局已经完成也表明，碳纳米管并不是在每个方面都是无害的，当它进入水中，会使某些水生生物中毒3。碳纳米管不仅是碳，它在生产的过程中会有金属残留，比如镍、铬等其它物质，会抑制某些水生生物的生长，甚至在一定条件下会导致死亡。用酸对CNTs表面进
9、行处理，发生羧化反应4，发生反应后的CNTs表面裂缝增多，更方便地携带药物，因此CNTs表面发生羧化反应在医药领域的广泛应用中奠定了一定的基础，但是羧化反应也会损坏CNTs的基本组织，使它的一些性能降低。就此来看，碳纳米管对生物来讲是有两面性的，它正在以各种不同的方式进入我们的身体和环境, 所以我们在使用碳纳米管的时候需要谨慎，利用它的好处，同时要避免它危害大自然。1.2 碳纳米管的分类碳纳米管根据壁数可区分为：单壁碳纳米管（SWCNTs)与多壁碳纳米管(MWCNTs)，它是一种纳米级别的管状型的碳材料。只有一层石墨烯组成的碳纳米管称为单壁碳纳米管，它的化学性质比较不活泼，表面比较干净，裂缝少
10、，结构单一，是一种绝佳的分子纤维，由此也被称为完善碳纳米管。多壁碳纳米管是数层同心管互相重叠而成的，它的表面与单壁碳纳米管相比较活跃，表层会有很多官能团堆积，管壁还覆盖有各种缺陷。管壁的壁数越多，MWCNTs的缺陷越多，化学反应也随之加强，表面结构更加繁杂。由此也被称为含缺陷碳纳米管5。图1-1 单壁碳纳米管(SWCNTs)和多壁碳纳米管(MWCNTs)示意图1.3 碳纳米管的制备方法及其特点最近几年来，碳纳米管的使用范围越来越广，在医学领域、环境科学、生命科学、能源技术、材料科学、化学、物理、信息技术等方面都受到很大的关注。当然它的制备方法和应用方面一样都不单一，例如电弧放电法、固相热解法、
11、激光腐蚀法、催化裂解法等6。1.3.1 电弧放电法碳纳米管第一次被发掘的方法就是电弧放射法，该方法制备出来的碳纳米管石墨化程度高、表面裂缝少，而且它的制作过程比较简单且CNTs的产量多，但是容易与其他杂质混合，所以最终得到的CNTs纯度不够，而且得到单层的碳纳米管也比较少。所以也就有了后面的其他制备方法来填补该方法的不足。1.3.2 催化裂解法此方法是目前制备碳纳米管最富有前景的方法，它也叫化学气相沉积法。它的优点在于产生的杂质是气体，不会附着在反应体系上，所以得到的碳纳米管纯度更高，而且该方法的温度也不用太高，同时也节省了很多能量。但是也不是没有缺点，它最大的约束就是必须使用催化剂来制备，这
12、也成为接下来需要去研究改善的方面。1.3.3 固相热解法该方法是利用原材料（含碳亚稳固体）直接高温分解出来的，比较稳定，也不用像催化裂解法一样要催化剂，方法比较简单，容易操作。不过由于原材料的限制，生产的规模和连续性也都受到限制。目前碳纳米管的制备方法越来越多，产量也会随之增加，它的管壁与石墨的结构一样，属于晶态碳，也被称为石墨化碳纳米管，但是有些制备方法生产出来的CNTs结晶比较差、缺陷多，会含有很多非晶碳，从而会降低它的性能，影响在某些方面的应用，所以要对它进行高温处理，提高石墨化程度，进而完善它的性能7。1.4 碳纳米管在各领域的应用1.4.1 生物医药领域的应用碳纳米管近几年在纳米材料
13、界的地位越来越高，在我们平时的生活中也被积极运用。CNTs在医学领域也做出了很大贡献，解决了肿瘤治疗的问题，它可以很好的抑制肿瘤细胞的增长。CNTs是一种可吸附药物的介质，它可以使药附着在表面上，然后把药物和生物活性分子送进细胞内或器官，这个优点为现代医学解决了很多难题8。杨晓英等人的实验结果表明9，表面功能化的单壁碳纳米管（SWCNTs）可以很好的吸附抗肿瘤药物(DXR)，进一步锁定肝肿瘤细胞使其生长率降低，抑制效果很明显。1.4.2 食品药物残留检测的应用“民以食为天”食品的安全性影响着人类的健康和生活质量，随着国家科技的发展，检测技术也越来越标准，对食品的检测水准要求越来越高，碳纳米管作
14、为近些年兴起的产品受到很大的重视，加上它的性质比较独特，因此也为食品安全检测开辟了一条新道路。可以利用CNTs的强吸附性，检测出食品中的农药残留，给人类提供清洁的食物10。例如Xu等11以磁性CNTs为固相萃取吸附剂，结合液质联用的技术(HPLC-MS)可以迅速地检测出鸡蛋中的磺胺类药物，操作起来也比较方便简单。1.4.3 分析化学领域的运用由于碳纳米管有很多良好的化学性能使得它在分析化学领域得到较为广泛的运用，比如它良好的导电导热性能、力学电磁学性能以及吸附性能。首先由于碳纳米管良好的吸附性可以用来检定特定的气体。碳纳米管可以用来吸附一些气体，通过导电性的变化，就可以判断是否有该气体的存在。
15、例如碳纳米管吸附到氧气、氨气等气体，它的导电性能会出现两个数量级以上的转变。 其次它还有一个好处就是可以用碳纳米管来制作气相色谱填充柱，用来分离和检测一些极性较强的小分子，取代传统的石墨碳分离，使得更高效的解决物质分离问题12。1.5 碳纳米管的毒性表现及其生物效应1.5.1 碳纳米管的毒性表现每一件东西的投入使用都会带来不一样的效果，同样也不能忽视带来的后果。随着碳纳米管这种新型的纳米材料逐渐被运用于日常生活中，凭借着它本身粒径微小的特殊性，致使它可以直接穿透细胞膜进入细胞中，从而对一些重要的细胞器进行破坏，然后通过炎症和产生应激反应来表达它的毒性所在13。例如碳纳米管可以侵入小鼠体内，引起
16、肺部的不适，造成炎症，进一步损害呼吸系统14,15。碳纳米管也可以当做吸附剂来吸附一些有机污染物，Lu等16发现CNTs的吸附性很强，可以使很多对生物体有害的物质附着在表面，接着进入体内危害生物的健康，而且与酸反应过的碳纳米管对三氯甲烷的吸附性会变的更强，并且容易在体内聚集，最终导致生物中毒，甚至死亡。1.5.2 碳纳米管对水生生物的毒性效应碳纳米管可以用来当药物的载体治疗疾病，同时它也可以在某些方面毒害生物的健康。因为碳纳米管并不纯是碳，它在生产的过程中会有一些金属滞留，这些都会影响水生生物的健康。加上碳纳米管的粒径小、吸附性强，很容易吸附有害物质进入水生生物体内聚集，减缓水生生物的生长速率
17、，对水生生物的安全有着极大的威胁。如果水中有碳纳米管的存在，那么鱼类就会通过呼吸或者摄食把CNTs吸到体内，进而随着血液流动至全身，危害鱼体的健康17。Sun18的研究显示多壁碳纳米管(MWCNTs)对水中的五氯酚有较强的吸附性，并且被鱼体吸收的MWCNTs在体内会与PCP分离，使PCP停留在体内，从而导致鱼体受害，危害鱼类健康。据表明MWCNTs-COOH可以吸附水中的五氯酚，而不管是碳纳米管还是五氯酚都可以富集在鱼类的体内，通过血液循环进入身体各个组织，从而扰乱鱼类的代谢过程，导致肝脏组织受损，所以碳纳米管作为可吸附污染物的载体在进入环境后的潜在危害需要引起我们的重视19。我们应该对碳纳米
18、管更深入的研究，尽可能的降低危害性。1.6 本文的研究目的和意义随着社会的发展，工厂也在逐渐增多，人类的生活条件也大有改善，但是废水的排放并没有得到很严格的处理，导致鱼类等一些水生生物赖以生存的生态环境也在逐渐变差,由此对鱼类的生存造成了很大的影响。碳纳米管可以通过胃肠道、皮肤、呼吸道和血液循环的途径进入体内，也可以通过血液循环转移至其他器官，危害着鱼类的健康。本论文的研究内容是以锦鲫作为实验对象，在室内进行半静态染毒实验，进行更深入的研究关于石墨化羧基碳纳米管对锦鲫的肌肉和内脏团中超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)活性的影响。通过本实验的研究，从而评价石墨化羧基碳纳米管对锦鲫的毒
19、性效应以及产生的酶系的响应，为评价石墨化羧基碳纳米管对水生动物，尤其是对于鱼类的毒性影响和潜在生态风险提供了基础数据和参考价值。2 实验部分2.1 实验材料2.2.1 实验仪器与试剂表2-1 主要实验仪器与试剂名称规格生产厂家高速低温冷冻离心机Allegra64R美国Beckman公司紫外可见分光光度计Unico UV2000 spectrometry购于上海超声破碎仪JY-Y28苏州索尼克超声科技有限公司蛋白质含量和SOD、CAT酶活性的测定试剂盒ALT南京建成生物科技研究所电动匀浆器T10北京萌状科技有限公司石墨化羧基碳纳米管AR深圳市纳米港有限公司牛血清白蛋白（BSA）AR上海基峰公司钼
20、酸铵AR南京化学试剂有限公司考马斯亮蓝G-250染料A045-2南京化学试剂有限公司锦鲫宁德市金马市场2.1.2 锦鲫的驯养实验是先把自来水拿去曝气充氧以及用活性炭除氯，且测定出来的PH值接近中性、溶解氧含量大于5mg/L，保持水的温度在232之间，作为锦鲫的实验用水。购买回来的锦鲫表现健康，体色正常，鱼鳍完整舒展。锦鲫必须在实验室的条件下驯养不少于15天，每天要定时定量的投喂鱼用饲料，并保持持续充氧，且要保持锦鲫生活环境的清洁，及时清理产生的废物。实验应该选用健康活泼，没有疾病，大小差不多的锦鲫为受试生物。2.2 实验步骤2.2.1 石墨化羧基碳纳米管的超声分散用电子天平准确称取100 mg
21、 石墨化羧基碳纳米管放入1L的烧杯中，加超纯水至烧杯刻度线。把超声破碎仪探头插入装有石墨化羧基碳纳米管溶液的烧杯中，保持探头的末端和烧杯杯底不能有接触。设置超声时间和间歇时间分别为3秒，超声功率在75瓦左右。经过超声10小时后，可以得到100mg/L的石墨化羧基碳纳米管稳定分散液母液，并且把母液搁置一个月后都不会呈现出显著的沉淀。2.2.2 暴露染毒实验暴露染毒实验采用的是半静态染毒接触法，设立3个实验组：空白对照组（0mg/kg）和石墨化羧基碳纳米管浓度梯度组（10mg/kg、100 mg/kg）。挑选体色健康、鱼鳞有光泽、行动活跃、食性良好的锦鲫作为暴露染毒实验的对象，放入提前洗净的鱼缸中
22、（鱼缸要做好水位标记），每个鱼缸放15条锦鲫，加经过曝气的水至30L，即2L/条鱼。暴露实验期间，每天上午定时喂食一次，喂食量约为1.2mg/条鱼，记录鱼的体长和体重。为了保证生长环境的清洁，在每天喂食2h后进行换水，换水时须加入一定体积事先配置好的石墨化羧基碳纳米管母液（石墨化羧基碳纳米管母液浓度为100 mg/L），使得石墨化羧基碳纳米管每天的暴露浓度保持在同一水平。经过暴露7、14、30天后，从每个鱼缸中分别取出3条实验试用鱼（大小相近、无明显病态的锦鲫），马上对鱼进行解剖，掏出肝脏，并称重，随后用0.9%的氯化钠水溶液清洗干净，迅速测定样品。要是不能马上测定，则需要放进冰箱冷冻。测定鱼
23、肝脏样品时，要先拿滤纸吸干其外表的水分后马上进行称重，加入1:9的（质量体积比）氯化钠水溶液，电动匀浆器匀浆后，在-4的冷冻离心机(Beckman,美国)混合物12000g离心15min，静置后取上清液，在4个小时内测完鱼肝脏中的蛋白质含量和酶活性。2.3 生化指标测定2.3.1 总蛋白测定根据Bradford法20来测定蛋白质含量，以牛血清蛋白作为标准蛋白。取适量酶提取液，加入3ml的考马斯亮蓝G-250试剂，用混和器混匀（溶液呈蓝色），反应10分钟后，在595nm的波长下开始比色。在实验测定过程中要以蒸馏水作为空白校正仪器，测得的蛋白含量用于校正CAT、SOD活性。2.3.2 SOD活性测
24、定根据改良的黄嘌呤氧化酶法21，原理是：黄嘌呤氧化酶和黄嘌呤反应，产生O2-自由基，后者又与氧化羟胺反应，形成亚硝酸盐，经过显色剂的作用，颜色为淡紫红色，用分光光度计在550nm处测其吸光度。如果被测样品中含有SOD时，会导致超氧离子减少，进一步使得亚硝酸盐的量也减少，最终导致测得的吸光度下降。在实验测定过程中要以蒸馏水作为空白校正仪器。2.3.3 CAT活性测定CAT活性是通过钼酸铵比色法22来测定，CAT氧化分解H2O2时，遇到钼酸铵会停止反应，残留的H2O2与加入的钼酸铵反应，溶液为淡黄色。然后，在405nm波长处测定吸光度，由此计算出CAT的活力。在实验测定过程中要以蒸馏水为空白校正仪
25、器。2.4 数据统计分析数据处理用SPSS软件(Statistical Product and Service Solutions)，进行统计学处理，实验结果采用平均值标准差(standard deviation,SD)来表示。运用方差分析方法(Analysis of Variance）对数据进行统计分析，当P0.05视为实验组和对照组之间有明显差异，P0.01视为实验组和对照组之间有极明显差异。实验数据作统计分析图均用Origin2019绘制。3 结果与讨论3.1 结果分析3.1.1 石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏内蛋白质浓度的影响将实验试用鱼锦鲫暴露在不同浓度的石墨化羧基碳纳米管溶液中，浓度
26、分别为0mg/kg、10mg/kg、100mg/kg，暴露时间分布为7、14、30天，然后对锦鲫进行取样研究，探究锦鲫体内蛋白质浓度的变化，实验探究结果如表3-1所示。表3-1 不同浓度的石墨化羧基碳纳米管在不同暴露时间下锦鲫肝脏蛋白质浓度的变化暴露时间/天石墨化羧基碳纳米管暴露浓度0mg/kg10mg/kg100mg/kg71.440.171.060.081.390.03140.970.151.340.890.960.07301.160.231.040.211.040.09石墨化羧基碳纳米管对锦鲫的肝脏蛋白质浓度的影响如图3-1所示。从图3-1中可以得出初步结论：随着暴露浓度和暴露天数的增加
27、，与空白组相比，10mg/kg低浓度组的蛋白质浓度在7天后有显著性的降低；14天后蛋白质含量又有所升高，而在暴露30天后，蛋白质浓度又有了轻微的降低但是变化不显著。100mg/kg浓度组锦鲫体内肝脏的蛋白质含量没有显著性的变化，只是在暴露30天后，蛋白质含量有了轻微的降低，但是不明显。总体看来，没有规律性的变化，蛋白质含量变化也不显著，这一情况可能与环境或者鱼体适应等因素有关。图3-1 不同浓度的石墨化羧基碳纳米管在不同暴露时间下锦鲫肝脏蛋白质浓度的变化3.1.2 石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏内SOD活性的影响将实验试用鱼锦鲫暴露在不同浓度的石墨化羧基碳纳米管溶液中，浓度分别为0mg/kg、1
28、0mg/kg、100mg/kg，暴露时间分布为7、14、30天，然后对锦鲫进行取样研究，探究锦鲫体内SOD活性的变化，实验探究结果如表3-2所示。表3-2 不同浓度的石墨化羧基碳纳米管在不同暴露时间下锦鲫肝脏SOD活性的变化暴露时间/天石墨化羧基碳纳米管暴露浓度0mg/kg10mg/kg100mg/kg754.337.0356.123.8348.881.821464.453.0080.434.0363.095.423068.765.7799.4818.9985.8911.37石墨化羧基碳纳米管对锦鲫的肝脏SOD活性的影响如图3-2所示。从图3-2中可以得出初步结论：与空白组做对比，染毒7天后，
29、10mg/kg和100mg/kg浓度组在锦鲫肝脏内的SOD活性变化都不明显；暴露染毒14天后，10mg/kg低浓度组的SOD活性出现了明显的诱导作用，锦鲫做出应激反应，诱导率为24.8%，而100mg/kg高浓度组仍然没有显著性差异；在暴露30天后，10mg/kg浓度组诱导SOD活性明显升高，分泌出更多的SOD，诱导率为44.7%，相对于100mg/kg高浓度组来说，SOD活性也受到了诱导，诱导率为24.9%，但是效果没有低浓度的明显。总体上就是锦鲫在石墨化羧基碳纳米管溶液中暴露30天后，与空白组相比：10mg/kg低浓度组SOD活性都是呈上升趋势，而且随着时间的增加，诱导效果越明显，分泌更多
30、的SOD，锦鲫做出应激反应，说明低浓度的石墨化羧基碳纳米管对锦鲫的刺激，会使锦鲫产生抵御能力；100mg/kg高浓度组的酶活性也是在逐渐的上升，但是上升效果没有低浓度组来的明显。图3-2 不同浓度的石墨化羧基碳纳米管在不同暴露时间下锦鲫肝脏SOD活性的变化3.1.3 石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏内CAT活性的影响将实验试用鱼锦鲫暴露在不同浓度的石墨化羧基碳纳米管溶液中，浓度分别为0mg/kg、10mg/kg、100mg/kg，暴露时间分布为7、14、30天，然后对锦鲫进行取样研究，探究锦鲫体内CAT活性的变化，实验探究结果如表3-3所示。表3-3 不同浓度的石墨化羧基碳纳米管在不同暴露时间下锦
31、鲫肝脏CAT活性的变化暴露时间/天石墨化羧基碳纳米管暴露浓度0mg/kg10mg/kg100mg/kg715.441.745.980.579.421.521421.522.9916.821.5010.382.053020.972.9618.091.2911.162.30石墨化羧基碳纳米管对锦鲫的肝脏CAT活性的影响如图3-3所示。从图3-3中可以得出初步结论：随着暴露时间的推移，不管是低浓度还是高浓度的石墨化羧基碳纳米管与空白组相比，锦鲫体内肝脏的CAT活性都有所下降。在暴露7天后，10mg/kg低浓度组和100mg/kg高浓度组的CAT活性都明显被抑制了，抑制率分别是61.3%、39.0%。
32、染毒14天后，锦鲫体内肝脏的CAT活性也受到了不同程度的抑制，10mg/kg的CAT活性抑制率为21.8%，100mg/kg的CAT活性抑制率为51.7%。在暴露30天后，两组的CAT含量也都在减少，但是10mg/kg低浓度组的CAT抑制性已经不是很显著了，抑制率是13.8%，不过高浓度组的CAT抑制性还是很显著，抑制率是46.8%。总体发现，所有石墨化羧基碳纳米管暴露浓度组的锦鲫肝脏CAT活性都受到不同程度抑制，肝脏都受到不同程度的损伤。图3-3 不同浓度的石墨化羧基碳纳米管在不同暴露时间下锦鲫肝脏CAT活性的变化3.2 结果讨论本实验是通过在室内模拟自然水生条件初步探究石墨化羧基碳纳米管对
33、锦鲫抗氧化防御系统的毒性大小及机理，探究石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏的氧化应激系统损伤，为明确石墨化羧基碳纳米管对水生生态系统的影响提供实验数据。研究结果发现：不同质量浓度石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏SOD、CAT活性可产生不同影响，暴露7天后SOD活性与空白组基本相同，没有出现显著性差异，说明其没有扰乱SOD的正常功能；随着暴露时间的延长，SOD活性呈上升趋势，这可能是因为在石墨化羧基碳纳米管刺激下，机体产生氧化应激反应，对外界产生抵御能力，当锦鲫体内活性氧自由基累积到一定程度时会诱导SOD活性的升高，但是随着时间的延长锦鲫的抗氧化防御能力可能会逐渐降低，酶活性降低，锦鲫的肝脏会受损。在过氧
34、化物酶体中，有大量的CAT氧化酶存在，是一种催化酶，能使H2O2转化为H2O和O2，从而降低机体内H2O2含量浓度，维持正常的生理活动23。本实验中，不管是不同的浓度还是不同的暴露时间，CAT活性都是呈显著性的降低，可能是由于在石墨化羧基碳纳米管的刺激下，CAT活性受到抑制，使得锦鲫的肝脏受损，H2O2在锦鲫肝脏内积累量增多，导致CAT活性下降。抗氧化酶防御机制中有两个阶段分别是抑制阶段和自适应阶段24，当氧化应激酶活性明显降低为抑制阶段，氧化应激酶活性升高为自适应阶段。有研究发现，往小鼠身上注射羧基化多壁碳纳米管，会对肾脏产生一定的急性毒性，而且随着时间的增加，其他脏器也有可能因为碳纳米管在
35、体内的聚积而产生一定的毒性，碳纳米管对机体毒性效应主要会引起机体氧化应激水平的变化，引发炎症反应25。赵群芬26等研究表明MWCNTs高浓度组的SOD活性受到抑制是因为鲤鱼体内积累过多的活性氧自由基超出抗氧化防御系统的清除能力，从而抗氧化酶活性就被抑制，造成了肝脏损伤，这种自由基的增加会破坏细胞的新陈代谢。由于锦鲫肝脏受到石墨化羧基碳纳米管的刺激，在一定条件范围内SOD和CAT能够减少锦鲫肝脏内过量的自由基，让生物体在一定程度上维持抗氧化代谢平衡。但是随着暴露时间的推移和暴露浓度的增加，锦鲫体内活性氧自由基正在不断的累积，使得锦鲫的肝脏受损，产生疾病。刘信勇27在对斑马鱼的毒性效应研究时，表明
36、MWCNTs会对生物产生一定的毒性效应，且随着暴露时间的增加和暴露浓度的升高毒性反应会更加明显。4 结论本论文针对石墨化羧基碳纳米管进入环境后对锦鲫肝脏的损伤以及对肝脏抗氧化应激系统的影响。研究结论如下：（1）在本实验中，我们研究了在慢性暴露条件下，石墨化羧基碳纳米管对锦鲫肝脏蛋白浓度的影响。实验结果表明，随着暴露时间的延长和暴露浓度的增加，锦鲫体内蛋白浓度略微升高或降低，除了暴露第7天低浓度组有明显的降低外，其他并未呈现显著性差异，说明其对锦鲫肝脏蛋白质浓度的影响不大。（2）实验结果发现，随着暴露时间的延长，SOD活性呈现出上升趋势，表明了在石墨化羧基碳纳米管刺激下，机体产生氧化应激反应，对
37、外界产生抵御能力，低浓度组的诱导更明显。但是随着时间的延长锦鲫的抗氧化防御能力可能会逐渐降低，酶活性降低，锦鲫的肝脏会受损。（3）实验结果发现，不管是不同的浓度还是不同的暴露时间，CAT活性都是呈显著性的降低，表明了在石墨化羧基碳纳米管的刺激下，CAT活性受到抑制，使得锦鲫的肝脏受损，高浓度组的抑制性更明显。（4）总体说明石墨化羧基碳纳米管染毒物进入锦鲫体内后可直接诱导活性氧自由基的产生，在一定程度上可以诱导SOD活性的升高，而过量的H2O2在锦鲫肝脏内积累，导致了CAT活性的下降，造成肝脏的损伤，而且高浓度的损伤更明显。5 展望随着纳米技术的迅速发展，碳纳米管也受到了极大的关注，但是在对碳纳
38、米管的环境分布、毒理机制的进一步研究中，越来越多的实验数据证明了碳纳米管对于环境生物体是存在一定的影响危害。本文虽然对石墨化羧基碳纳米管做了多浓度的研究对比，也在不同的暴露时间取样，获得了相应的信息，实验中SOD活性均有上升趋势，受到不同程度的诱导，而CAT活性均受到抑制，但是都没有出现自适应阶段再到抑制阶段，因此还是需要设置浓度梯度和增加染毒暴露时间，更全面、深入的探究石墨化羧基碳纳米管对生物体抗氧化防御系统的毒性效应，未来的科研探究还可以往生物体内石墨化羧基碳纳米管的有效浓度或者是更全面的探究石墨化羧基碳纳米管对生物体整个抗氧化防御系统抗氧化酶的影响。参 考 文 献1SADEGH H, A
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