曾穎，黃爽秋，廖金鑫，陳巧玲，杜瓊

中國藥科大學(xué)工學(xué)院，南京 211198

負(fù)載型納米零價鐵是將納米零價鐵(nanoscale zero valent iron, nZVI)負(fù)載在多孔材料上的一種新型復(fù)合材料，與納米零價鐵相比具有更大的比表面積、更高的反應(yīng)活性，并且能夠改善納米零價鐵在實際污染環(huán)境中遷移能力弱、易鈍化失活等局限性[1]。負(fù)載型材料由于其多孔及較好的吸附特性，不僅能夠提高污染物的去除效率，而且對污染物具有一定的固定作用，從而降低反應(yīng)產(chǎn)物的二次污染[2]。Zhu等[3]成功地合成了生物炭負(fù)載磁性納米零價鐵(nZVI-BC)，發(fā)現(xiàn)nZVI-BC能夠有效去除Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)、Cu(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)等多種重金屬，且復(fù)合材料顯著提高了納米零價鐵的穩(wěn)定性，這對解決重金屬污染有一定的借鑒意義。Zhao等[4]合成的沸石負(fù)載PEG-4000穩(wěn)定納米零價鐵(PZ-NZVI)能夠有效去除2種氟喹諾酮類抗生素諾氟沙星(norfloxacin, NOR)和氧氟沙星(ofloxacin, OFL)。

隨著納米材料的大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用，它們不可避免地會被排放或泄漏到環(huán)境中，其尺寸較小且具有親脂性，使得它們不僅可以通過沉降、遷移等方式擴(kuò)散，而且可以通過食物鏈在生物體內(nèi)進(jìn)行累積、放大，最終對生態(tài)環(huán)境和人類造成危害[5]。目前已有研究表明，nZVI對病毒、細(xì)菌、藻類、動植物以及微生物群落等都具有一定的毒性效應(yīng)[6-9]。Lei等[10]研究鐵基納米顆粒對綠藻的毒性效應(yīng)及可能的毒性機(jī)制，發(fā)現(xiàn)鐵基納米顆粒會對綠藻生長產(chǎn)生抑制作用，毒性大小與其顆粒大小、晶體相有關(guān)，且提出毒性機(jī)制為氧化損傷和細(xì)胞的物理相互作用。

為了提高nZVI在環(huán)境修復(fù)中的應(yīng)用潛力，發(fā)展負(fù)載型nZVI，并對其進(jìn)行毒性效應(yīng)研究、生物安全評價就顯得尤為重要。本研究以水生生態(tài)系統(tǒng)初級生產(chǎn)者——蛋白核小球藻為研究對象，考察樹脂負(fù)載納米零價鐵(D201-ZVI)對蛋白核小球藻生長量、光合色素的影響，并改變暴露條件如溶液pH、暴露時間、材料老化環(huán)境、材料處理污染物形成的復(fù)合物等，以明確不同暴露條件下，D201-ZVI對蛋白核小球藻毒性的變化。研究結(jié)果可為負(fù)載型nZVI對環(huán)境的影響及其生物安全評估提供一定的實驗依據(jù)和參考價值，也為負(fù)載型nZVI的進(jìn)一步推廣使用提供參考。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 試劑與儀器

FeCl3·6H2O、KBH4等試劑均為分析純，均購于中國國藥有限公司。所用樹脂為大孔強(qiáng)堿性苯乙烯系陰離子交換樹脂(型號D201)，均由杭州泳洲水處理科技有限公司提供。在使用前需分別用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的NaOH溶液、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液對樹脂進(jìn)行預(yù)處理以除去雜質(zhì)。蛋白核小球藻(Chlorellapyrenoidosa)購于中國科學(xué)院水生生物研究所淡水藻種庫。培養(yǎng)條件見1.2.2。其中BG-11培養(yǎng)基配方如表1和表2所示。

表1 BG-11培養(yǎng)基配方Table 1 Components of BG-11 culture media

表2 A5微量元素溶液的配方Table 2 Formulation of A5 trace metal solution

主要儀器：WFX-200原子吸收分光光度計(瑞利分析儀器有限公司，中國)；UV-1800紫外可見分光光度計(島津，日本)；BSG-250智能光照培養(yǎng)箱(博訊實業(yè)有限公司，中國)；BM2000顯微鏡(貝朗科技有限公司，中國)；JEM-2100F透射電子顯微鏡(日本電子公司)；Smart Lab 9kW X射線衍射儀(日本Rigaku公司)。

1.2 實驗方法

1.2.1 D201-ZVI的制備及表征

稱取新鮮干燥的0.050 g D201-ZVI在空氣中老化24 h得到空氣老化材料D201-ZVI-Air。同樣稱取新鮮干燥的0.050 g D201-ZVI在50 mL水中老化24 h (25 ℃、160 r·min-1)，并將老化后的材料過濾至滅菌并烘干的錐形瓶中，得到水中老化材料D201-ZVI-H2O。

1.2.2 蛋白核小球藻的實驗室培養(yǎng)條件

在無菌條件下，將生長至對數(shù)生長期、長勢良好的蛋白核小球藻藻種接種至BG-11培養(yǎng)基中，于BSG-250智能光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，培養(yǎng)溫度為25.0 ℃±0.5 ℃，初始pH為8.05，光暗比為12 h∶12 h，光照強(qiáng)度為3 000 lux，每組設(shè)置3個平行，每天搖瓶3～5次，每次2～3 min，以防止藻細(xì)胞貼壁或沉淀，并隨機(jī)調(diào)換培養(yǎng)藻液的錐形瓶以保證實驗藻種受光均勻。

1.2.3 D201-ZVI對蛋白核小球藻的毒性效應(yīng)實驗

將蛋白核小球藻分別暴露于ZVI含量為100 mg·L-1的D201-ZVI體系及同樣濃度的ZVI體系中，同時設(shè)置僅用BG11培養(yǎng)基培養(yǎng)蛋白核小球藻的實驗組作為空白對照。按照1.2.2中的培養(yǎng)條件培養(yǎng)24 h并按照1.2.6和1.2.7測定各組藻的生長量及細(xì)胞色素含量。

1.2.4 D201-ZVI對蛋白核小球藻的生長抑制實驗

按照藻類急性毒性試驗方法進(jìn)行藻類生長抑制實驗[12]，以確定D201-ZVI對蛋白核小球藻生長影響的有效濃度。稱取不同量的D201-ZVI于滅菌并烘干的錐形瓶中，加入用新鮮的BG-11重新配制的藻液，使藻細(xì)胞與材料混合體系中D201-ZVI的濃度分別為0、100、250、500、1 000和2 500 mg·L-1，各復(fù)合體系對應(yīng)的ZVI含量分別為0、10、25、50、100和250 mg·L-1(注：后續(xù)濃度均按復(fù)合材料中零價鐵含量計)。每個濃度做3個平行樣，接入已進(jìn)入對數(shù)生長期的蛋白核小球藻，初始藻密度為1.0×107cells·L-1，放入光照培養(yǎng)箱內(nèi)培養(yǎng)24 h。根據(jù)藻細(xì)胞密度，以比生長率為基礎(chǔ)的抑制率公式[13]計算不同濃度D201-ZVI對藻細(xì)胞的抑制率。進(jìn)而繪制劑量-效應(yīng)曲線，計算出D201-ZVI的24 h的半數(shù)效應(yīng)濃度值(EC50)。

藻類比生長率(1)和生長抑制率(2)計算公式如下：

(1)

(2)

式中：μi-j為從i時到j(luò)時的比生長率；Xi為i時的藻細(xì)胞密度；Xj為j時的藻細(xì)胞密度；Ir為以比生長率為基礎(chǔ)的抑制率；μc為對照組各平行比生長率的平均值；μT為實驗組各平行的比生長率。

1.2.5 不同條件下D201-ZVI暴露實驗

將蛋白核小球藻分別暴露于ZVI含量為100 mg·L-1的D201-ZVI體系中，同時設(shè)置空白對照。改變?nèi)芤簆H值、材料老化環(huán)境、暴露時間、共存污染物Cr(VI)和磺胺甲噁唑(SMX)條件，按照1.2.2中的培養(yǎng)條件培養(yǎng)24 h并按照1.2.6和1.2.7測定各組藻的生長量及細(xì)胞色素含量，來研究不同條件對D201-ZVI毒性效應(yīng)的影響。

1.2.6 蛋白核小球藻生長量的測定

取系列濃度梯度的藻液，在光學(xué)顯微鏡下用血球計數(shù)板計算藻細(xì)胞數(shù)，同時使用分光光度計在680 nm波長測定藻液的吸光度值(OD680)，以吸光度值為縱坐標(biāo)y，單位體積藻細(xì)胞的個數(shù)為橫坐標(biāo)x(106cells·mL-1)，建立兩者之間的線性方程y=0.055x+0.008，根據(jù)線性方程計算各體系藻密度，其中粉狀零價鐵會影響藻細(xì)胞的吸光度值，故需扣除僅含粉狀零價鐵與BG-11培養(yǎng)基混合體系的背景值。

1.2.7 光合色素含量的測定

取藻細(xì)胞與材料混合體系中的藻液經(jīng)離心后取上清液，分別在波長665、649和470 nm處測定吸光值。用公式分別計算出葉綠素a(chlorophylla)含量、葉綠素b(chlorophyllb)含量和胡蘿卜素(carotenoid)含量[14-15]。

葉綠素a(chlorophylla)含量：

Ca(mg·L-1)=(13.95×A665)-(6.88×A649)

葉綠素b(chlorophyllb)含量：

Cb(mg·L-1)=(24.96×A649)-(7.32×A665)

胡蘿卜素(carotenoid)含量：

Cd(mg·L-1)=(1 000×A470)-(2.05×Ca)-(114.8×Cb)/245

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)圖使用軟件Origin 8.5繪制，實驗數(shù)據(jù)均為3個平行樣的平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差。實驗數(shù)據(jù)使用軟件SPSS 24進(jìn)行顯著性差異分析，對藻密度、比生長率、生長抑制率和光合色素含量等進(jìn)行單因素方差分析并進(jìn)行多重比較，顯著性水平為P<0.05。

2 結(jié)果(Results)

2.1 D201-ZVI的表征

D201-ZVI的形貌用TEM表征分析的結(jié)果如圖1(a)和(b)所示，ZVI具有納米尺寸，并且分散在樹脂載體上。圖1(c)和(d)為D201-ZVI與藻類接觸前后的XRD圖譜。圖1(c)為新制備的D201-ZVI，僅在2θ為44.6°處觀察到一個衍射峰，通過對照鐵的標(biāo)準(zhǔn)卡，此峰對應(yīng)的是α-Fe0的(110)晶面，判斷納米零價鐵為α-Fe0。從圖1(d)中可以看出，D201-ZVI在水中與藻類接觸24 h后，44.6°處的Fe0特征峰消失，在30.2°、35.6°、43.2°、53.7°、57.2°和62.9°出現(xiàn)衍射峰，與γ-Fe2O3的標(biāo)準(zhǔn)卡JCPDS 39-1346匹配良好，表明D201-ZVI在水中與藻類接觸過程中被氧化為γ-Fe2O3。

2.2 D201-ZVI對蛋白核小球藻的毒性效應(yīng)

圖2(a)顯示了D201-ZVI和ZVI對蛋白核小球藻生長量的影響。如圖2(a)所示，ZVI對蛋白核小球藻的抑制率顯著高于D201-ZVI(P<0.05)，且與對照組相比，2個實驗組的比生長率均顯著降低(P<0.05)，其中D201-ZVI和ZVI組的比生長率為0.228 d-1和0.207 d-1，分別是對照組的93.78%和84.87%。圖2(b)顯示了D201-ZVI和ZVI對蛋白核小球藻細(xì)胞光合色素含量的影響，由圖2(b)中可知，色素含量從高到低排序：空白組0.05)。

圖1 D201-ZVI的TEM圖(a)和(b)；D201-ZVI 與小球藻接觸前的XRD圖譜(c)； D201-ZVI與小球藻接觸后的XRD圖譜(d)Fig. 1 TEM images of D201-ZVI (a), (b); XRD patterns of D201-ZVI before contact with Chlorella (c) and XRD patterns of D201-ZVI after contact with Chlorella (d)

2.3 D201-ZVI的毒性評價

D201-ZVI對蛋白核小球藻的24 h生長抑制劑量-效應(yīng)關(guān)系曲線如圖3(a)所示，對所得結(jié)果進(jìn)行線性擬合如圖3(b)所示，所對應(yīng)的擬合方程：Ir-9.52329+5.55631×lnC,R2=0.9926。根據(jù)線性擬合方程計算抑制率為50%時對應(yīng)的D201-ZVI濃度(EC50值)為4.49×104mg·L-1，這表示D201-ZVI短期內(nèi)具有良好的生物安全性。

圖2 負(fù)載型納米零價鐵對蛋白核小球藻生長量(a)和色素含量(b)的影響注：D201-ZVI表示樹脂負(fù)載納米零價鐵，ZVI表示零價鐵；不同字母代表存在顯著性差異(P<0.05)； c表示藻密度，μ表示比生長率，Ir表示抑制率，Ca表示葉綠素a含量，Cb表示葉綠素b含量，Cd表示胡蘿卜素含量。Fig. 2 Effect of loaded nano-zero iron on Chlorella pyrenoidosa growth (a) and pigment content (b) Note: D201-ZVI stands for resin-supported nanoscale zero-valent iron; ZVI stands for zero-valent iron; different letters indicate significant difference (P<0.05); c represents algae density; μ represents specific growth rate; Ir represents inhibition rate; Ca represents chlorophyll a concentration; Cb represents chlorophyll b concentration; Cd represents carotenoid concentration.

圖3 D201-ZVI對蛋白核小球藻的24 h生長抑制劑量效應(yīng)關(guān)系曲線(a)及線性擬合(b)注：ZVI含量代表投加的D201-ZVI中零價鐵的含量。Fig. 3 The curve of D201-ZVI content to inhibitory effect on Chlorella pyrenoidosa in 24 h (a) and its linear fitting (b)Note: ZVI content stands for the content of zero-valent iron in D201-ZVI.

2.4 D201-ZVI的藻類毒性效應(yīng)影響因素

2.4.1 初始pH的影響

過酸或過堿的環(huán)境條件均不利于蛋白核小球藻的生長，甚至使其表現(xiàn)為負(fù)增長或死亡。研究表明，小球藻在pH為5.5～11.5的條件下可以生存[16-17]，故本實驗設(shè)置pH為6、7、8、9和10。圖4為不同初始pH對D201-ZVI暴露下蛋白核小球藻生長量的影響。如圖4所示，在pH=6～10的范圍內(nèi)，空白組中蛋白核小球藻的藻細(xì)胞密度隨pH的增加而增加，其中pH=6的酸性條件及pH=7的中性條件抑制蛋白核小球藻的生長，而堿性條件(pH=8、9和10)則促進(jìn)蛋白核小球藻的生長。在D201-ZVI暴露組中，pH與D201-ZVI聯(lián)合作用使D201-ZVI的存在依舊表現(xiàn)為抑制蛋白核小球藻的生長，且其對蛋白核小球藻的抑制作用隨pH的增加而減弱，但相比于空白組，pH=6的酸性條件下D201-ZVI暴露24 h后的生長量高于對應(yīng)空白組，而中性及堿性條件(pH=7、8、9和10)下則出現(xiàn)相反的情況。在初始pH分別為6、7、8、9和10時對應(yīng)的D201-ZVI暴露組的比生長率分別為對應(yīng)空白組的342.93%、90.68%、91.89%、87.43%和88.40%，即在pH=6的酸性條件下，D201-ZVI的存在促進(jìn)蛋白核小球藻的生長；在中性及堿性條件(pH=7、8、9和10)下，D201-ZVI表現(xiàn)為抑制蛋白核小球藻的生長。

圖4 初始pH對D201-ZVI藻類生長毒性效應(yīng)的影響注：(a)空白組；(b)D201-ZVI組；不同字母代表存在顯著性差異(P<0.05)。Fig. 4 The effect of initial pH on toxicity of D201-ZVI on algae growthNote: (a) blank group, (b) D201-ZVI group; different letters indicate significant difference (P<0.05).

不同初始pH條件下D201-ZVI對蛋白核小球藻細(xì)胞色素含量的影響如圖5所示，空白組和D201-ZVI暴露組都表現(xiàn)出蛋白核小球藻的藻細(xì)胞色素含量基本隨pH的增加而下降。在空白組中，pH=6的酸性條件誘導(dǎo)小球藻細(xì)胞色素含量的增加，而中性及堿性條件(pH=7、8、9和10)下小球藻細(xì)胞色素含量并無顯著差異(P>0.05)。相比于對應(yīng)pH下的空白組，在pH=6的酸性條件下，D201-ZVI的存在減緩了酸性pH對蛋白核小球藻細(xì)胞色素的誘導(dǎo)生成作用；而在中性及堿性條件(pH=7、8、9和10)下，D201-ZVI的存在則誘導(dǎo)蛋白核小球藻細(xì)胞色素含量的增加。

2.4.2 老化作用的影響

老化作用對D201-ZVI藻類生長毒性效應(yīng)和色素含量的影響如圖6所示。D201-ZVI在空氣及水中老化24 h后，其對蛋白核小球藻生長量的影響如圖6(a)所示。由圖6(a)可知，比生長率大?。篋201-ZVI-H2O>空白組>D201-ZVI-Air>D201-ZVI。D201-ZVI、D201-ZVI-Air和D201-ZVI-H2O的比生長率分別為空白組的87.72%、94.89%和102.62%。即D201-ZVI在空氣及水中的老化均在一定程度上減緩了新鮮制備的D201-ZVI對蛋白核小球藻的生長抑制作用。并且水中老化24 h的D201-ZVI甚至對蛋白核小球藻的生長起輕微促進(jìn)作用。不同老化條件下D201-ZVI對蛋白核小球藻細(xì)胞色素含量的影響如圖6(b)所示。由圖6(b)可知，3種光合色素含量變化具有相同的趨勢，色素含量高低順序為：D201-ZVI-H2O≈空白組

2.4.3 共存污染物的影響

2.4.3.1 無機(jī)污染物Cr(Ⅵ)

D201-ZVI去除Cr(Ⅵ)后形成的復(fù)合物對蛋白核小球藻生長量和色素含量的影響如圖7(a)所示，未使用的D201-ZVI、D201-ZVI與50 mg·L-1的Cr(Ⅵ)反應(yīng)24 h的復(fù)合產(chǎn)物暴露組(記為D201-ZVI-Cr(Ⅵ)-C50)的比生長率分別為空白組的87.72%和56.40%，即去除Cr(Ⅵ)后的D201-ZVI顯著增加了D201-ZVI對蛋白核小球藻的生長抑制作用。圖7(b)展示了結(jié)合Cr(Ⅵ)的D201-ZVI對蛋白核小球藻細(xì)胞光合色素含量的影響，D201-ZVI的存在誘導(dǎo)小球藻細(xì)胞光合色素含量的增加，而共存污染物Cr(Ⅵ)的存在則顯著降低了蛋白核小球藻的光合色素含量。

圖5 初始pH對D201-ZVI藻類毒性效應(yīng)的影響(色素含量變化)注：(a)空白組，(b)D201-ZVI組；不同字母代表存在顯著性差異(P<0.05)。Fig. 5 Effects of initial pH on algal toxicity of D201-ZVI (change of pigment content) Note: (a) blank group, (b) D201-ZVI group; different letters indicate significant difference (P<0.05).

圖6 老化作用對D201-ZVI藻類生長毒性效應(yīng)(a)和色素含量(b)的影響注：不同字母代表存在顯著性差異(P<0.05)。Fig. 6 Effects of aging on algae toxicity of D201-ZVI on growth (a) and pigment content (b)Note: Different letters indicate significant difference (P<0.05).

2.4.3.2 有機(jī)污染物SMX

圖8展示了D201-ZVI去除SMX后形成的復(fù)合物對蛋白核小球藻生長量和色素含量的影響。由圖8(a)可知，未使用的D201-ZVI、D201-ZVI與50 mg·L-1的SMX反應(yīng)24 h的復(fù)合產(chǎn)物暴露組(記為D201-ZVI-SMX-C50)的比生長率分別為空白組的89.87%和84.58%，即D201-ZVI-SMX-C50復(fù)合體系增加了D201-ZVI對蛋白核小球藻的生長抑制作用。結(jié)合SMX的D201-ZVI對蛋白核小球藻細(xì)胞光合色素含量的影響如圖8(b)所示，D201-ZVI的存在誘導(dǎo)小球藻細(xì)胞光合色素含量的增加，而共存污染物SMX的存在則顯著降低了蛋白核小球藻的光合色素含量。

2.4.4 暴露時間的影響

暴露時間對蛋白核小球藻生長量的影響如圖9(a)所示，在前16 d時D201-ZVI表現(xiàn)為對蛋白核小球藻的抑制作用，第17天開始表現(xiàn)為促進(jìn)作用。也就是說，D201-ZVI的毒性作用會隨著時間的延長而逐漸消失。隨著暴露時間延長D201-ZVI對蛋白核小球藻細(xì)胞光合色素含量的影響如圖9(b)所示，D201-ZVI暴露組的色素含量基本在空白組之上，這也可以說明D201-ZVI的毒性作用會隨著時間的延長而逐漸消失。

圖7 共存污染物(Cr(Ⅵ))對D201-ZVI藻類生長毒性效應(yīng)(a)和色素含量(b)的影響注：不同字母代表存在顯著性差異(P<0.05)。Fig. 7 Effects of coexisting pollutants (Cr(Ⅵ)) on algae toxicity of D201-ZVI on growth (a) and pigment content (b)Note: Different letters indicate significant difference (P<0.05).

圖8 共存污染物(SMX)對D201-ZVI藻類生長毒性效應(yīng)(a)和色素含量(b)的影響注：SMX表示磺胺甲噁唑；不同字母代表存在顯著性差異(P<0.05)。Fig. 8 Effects of coexisting pollutants (SMX) on algae toxicity of D201-ZVI on growth (a) and pigment content (b)Note: SMX stands for sulfamethoxazole; different letters indicate significant difference (P<0.05).

圖9 暴露時間對D201-ZVI藻類生長毒性效應(yīng)(a)和色素含量(b)的影響注：不同字母代表存在顯著性差異(P<0.05)。Fig. 9 Effects of exposure time on algae toxicity of D201-ZVI on growth (a) and pigment content (b)Note: Different letters indicate significant difference.

3 討論(Discussion)

有研究表明，納米零價鐵由于尺寸較小、容易團(tuán)聚從而會對生物造成影響[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，D201-ZVI對蛋白核小球藻的抑制率要顯著低于ZVI(圖2(a))，即ZVI負(fù)載后顯著降低其生物毒性。這與王菁姣和陳家瑋[6]的實驗結(jié)果一致。一方面可能是由于D201-ZVI具有空間效應(yīng)可以阻止納米顆粒與蛋白核小球藻的直接接觸，從而降低了ZVI生物毒性[6]。另一方面，D201-ZVI中的ZVI在載體中穩(wěn)定存在，減少了ZVI團(tuán)聚從而降低了ZVI生物毒性[19]。從光合色素指標(biāo)來看，D201-ZVI和ZVI暴露組的色素含量均大于空白組(圖2(b))?？赡苁且驗镈201-ZVI及ZVI會釋放微量Fe，從而被藻細(xì)胞吸收用于合成葉綠素[20-22]，故使蛋白核小球藻光合色素增加。本研究還得到D201-ZVI的EC50值為4.49×104mg·L-1。EC50值反映的是引起50%最大效應(yīng)的濃度，評價毒物安全性時其值越大越安全[23]，這表明D201-ZVI急性毒性極其微小。研究還顯示，D201-ZVI的毒性效應(yīng)會隨其暴露時間的延長而逐漸減弱，甚至消失(圖9(a))，進(jìn)一步說明D201-ZVI具有良好的生物安全性。

D201-ZVI在環(huán)境中可能會轉(zhuǎn)化為鐵氧化物、鐵氫氧化物或在酸性條件下轉(zhuǎn)化為鐵離子等，其潛在毒性也不容忽視。本研究發(fā)現(xiàn)，不同初始pH條件下D201-ZVI對蛋白核小球藻的毒性效應(yīng)是溶液pH效應(yīng)與D201-ZVI聯(lián)合作用的結(jié)果。酸性條件下，pH的抑制作用占主導(dǎo)，D201-ZVI的促進(jìn)作用表現(xiàn)為減緩酸性pH對蛋白核小球藻的抑制作用；堿性條件下，D201-ZVI的抑制作用占主導(dǎo)，堿性pH的促進(jìn)作用表現(xiàn)為減緩D201-ZVI對蛋白核小球藻的抑制作用。同時本研究顯示，pH=6～10條件下，空白組和D201-ZVI暴露組中蛋白核小球藻的藻細(xì)胞色素含量基本隨pH的增加而下降，可能是酸性條件有利于藻類光合量子的生成[24]。通過檢測有無D201-ZVI暴露的藻液，發(fā)現(xiàn)光照培養(yǎng)后的D201-ZVI暴露組和對照組(僅有BG-11培養(yǎng)基和藻液)的上清液中均未檢測到鐵離子的存在。這表明，D201-ZVI在本實驗暴露過程中沒有鐵溶出，或者僅有微量的鐵溶出，隨即被蛋白核小球藻吸收。也就是說，本實驗中鐵離子的溶出并非D201-ZVI對蛋白核小球藻的主要毒性機(jī)理，其毒性機(jī)制可能是由于D201-ZVI材料引起的物理損傷、遮光效應(yīng)和活性氧物質(zhì)誘導(dǎo)的氧化損傷等。雷鋮[25]研究，nZVI在不同水環(huán)境老化后均可降低其對蛋白核小球藻的生物毒性。本研究顯示D201-ZVI在空氣及水中的老化能夠減弱新鮮D201-ZVI對蛋白核小球藻的生長抑制作用，這表明D201-ZVI在環(huán)境中的老化作用可以減弱其生物毒性。可能是由于老化過程中，nZVI表面轉(zhuǎn)化為無毒或低毒的鈍化層(圖1(d))，阻礙了納米材料與受試生物的接觸，緩解其毒性[25-26]。

D201-ZVI對有機(jī)及無機(jī)污染物均具有良好的去除效果[11,27]，去除污染物后的復(fù)合材料本身吸附的污染物及其產(chǎn)物等在環(huán)境中可能造成二次污染，且對生物可能產(chǎn)生一定復(fù)合毒性[28]。本研究發(fā)現(xiàn)，去除污染物Cr(Ⅵ)及SMX后的復(fù)合物D201-ZVI-Cr(Ⅵ)-C50和D201-ZVI-SMX-C50均會增加D201-ZVI對蛋白核小球藻的抑制作用，同時顯著降低蛋白核小球藻的光合色素含量。因而，利用納米材料處理污染物時應(yīng)考慮潛在的復(fù)合毒性。

綜上所述，本研究制備的負(fù)載型D201-ZVI可以顯著降低ZVI的生物毒性，其急性毒性極其微小(EC50=4.49×104mg·L-1)，且毒性作用會隨暴露時間的延長而逐漸減弱，甚至消失。在pH=6～10范圍內(nèi)毒性效應(yīng)隨pH的增加而減弱。D201-ZVI去除Cr(Ⅵ)和SMX后形成的復(fù)合物均會增強(qiáng)其對蛋白核小球藻的生長抑制作用。D201-ZVI在空氣及水中的老化作用會降低其生物毒性。D201-ZVI本身對生物安全友好，但同時應(yīng)注意及時回收使用后的D201-ZVI以減少二次污染對生物及環(huán)境的影響。