納米TiO2暴露對(duì)萼花臂尾輪蟲種群動(dòng)態(tài)的影響

李猛，黃榮，席貽龍,2，項(xiàng)賢領(lǐng),2,*

1. 安徽師范大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，蕪湖 241000 2. 皖江流域退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)與重建省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，蕪湖 241000

納米材料是一種由一個(gè)或多個(gè)三維尺寸在1～100 nm之間的粉狀或團(tuán)塊狀天然或人工材料，并且這一基本顆粒的總數(shù)量在整個(gè)材料的所有顆?？倲?shù)中占50%以上[1-5]。研究表明，當(dāng)粒子處于納米級(jí)時(shí)，材料的理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化。納米粒子具有更高的生物活性，與生物體的相互作用更加有效[6]。納米TiO2因其特殊的結(jié)構(gòu)和性能而愈加引起人們的廣泛關(guān)注。納米TiO2具有獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)，以及極高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、超親水性和非遷移性等，因此，被廣泛應(yīng)用于化妝品、抗紫外材料、光催化劑功能纖維、塑料、涂料和油漆等行業(yè)[7-16]。

在工業(yè)生產(chǎn)、使用和運(yùn)輸過程中納米材料不可避免地進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，可對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生不同程度的影響，對(duì)生物安全和人體健康存在潛在危害。大量研究表明，納米TiO2對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)中的藻類、浮游動(dòng)物和魚類等均具有毒害作用。納米TiO2暴露可顯著降低種群的增長(zhǎng)率和藻細(xì)胞的代謝活性，進(jìn)而影響淡水環(huán)境重要群落和生態(tài)系統(tǒng)特性[17-18]。而對(duì)于魚類，納米TiO2則可與細(xì)胞外帶有電荷的羥基自由基作用，直接引起魚類鰓組織細(xì)胞膜的氧化損傷[19]。對(duì)于浮游動(dòng)物的研究主要以大型溞(Daphniamagna)為受試對(duì)象。研究表明，即使在低濃度(0.5 μg·L-1)下，大型溞接觸納米TiO2溶液24 h，其心率也會(huì)受到明顯抑制[20]。Zhu等[21]對(duì)大型溞進(jìn)行急性和慢性毒性學(xué)實(shí)驗(yàn)，得出48 h無可見效應(yīng)濃度(NOEC)為50 mg·L-1，半數(shù)效應(yīng)濃度(EC50)和半數(shù)致死濃度(LC50)均>100 mg·L-1；當(dāng)時(shí)間延長(zhǎng)至72 h時(shí)，NOEC<0.1 mg·L-1，EC50為1.62 mg·L-1，LC50為2.02 mg·L-1；21 d暴露實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，即使在低濃度(0.1 mg·L-1)時(shí)，納米TiO2也顯著降低了大型溞后代的數(shù)量。Farner等[22]探究了納米TiO2穩(wěn)定性和光反應(yīng)性對(duì)大型溞的影響，研究結(jié)果表明，可見光下暴露于納米TiO2懸浮液的大型溞死亡率無顯著差異，這可能是由于納米TiO2的沉降。UV光暴露顯著增強(qiáng)了納米TiO2毒性，LC50明顯降低，天然有機(jī)物的存在可通過抑制羥基自由基(·OH)活性進(jìn)而降低納米TiO2的毒性。

有關(guān)納米TiO2對(duì)浮游動(dòng)物家族的重要成員——輪蟲的研究尚鮮有報(bào)道。Nogueira等[23]研究發(fā)現(xiàn)，將褶皺臂尾輪蟲(Brachionusplicatilis)暴露于8.2～20 mg·L-1的納米TiO2懸浮液時(shí)，對(duì)其存活率無明顯影響。Clément等[24]評(píng)估了不同直徑納米TiO2對(duì)褶皺臂尾輪蟲48 h急性毒性，結(jié)果表明，直徑15、25和32 nm的納米TiO2對(duì)輪蟲48 h-LC50分別為5.37、10.43和267.30 mg·L-1。以上研究中，受試生物為咸水物種，且實(shí)驗(yàn)內(nèi)容僅限于急性毒性學(xué)實(shí)驗(yàn)，而由于納米TiO2所引起的輪蟲種群數(shù)量動(dòng)態(tài)的變化尚未可知。

Gottschalk等[25]的研究表明，地表水中納米TiO2濃度約為21 ng·L-1，而工業(yè)廢水中納米TiO2濃度約為4 μg·L-1。但部分改性的納米材料也作為特殊材料被有意釋放至環(huán)境以吸附去除水中部分污染物，因而實(shí)際濃度要比地表水中含量高[26]。基于上述分析，本實(shí)驗(yàn)擬以萼花臂尾輪蟲(B.calyciflorus)作為受試對(duì)象，采用不同濃度的納米TiO2對(duì)其進(jìn)行急性和慢性毒性實(shí)驗(yàn)。本研究對(duì)于進(jìn)一步深入理解納米TiO2對(duì)浮游動(dòng)物的毒性效應(yīng)很有意義，并為探究輪蟲在水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用可行性積累基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法(Materials and methods)

1.1 萼花臂尾輪蟲的采集與培養(yǎng)

實(shí)驗(yàn)所用萼花臂尾輪蟲采自安徽省蕪湖市鏡湖(31°19'53"N，118°22'14"E)。將采集的樣本在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)于(23±1) ℃、自然光照條件下單克隆培養(yǎng)，輪蟲培養(yǎng)液采用EPA培養(yǎng)基[27]，所用餌料為OECD TG 201[28]培養(yǎng)基培養(yǎng)的處于指數(shù)增長(zhǎng)期的斜生柵藻(Scenedesmusobliquus)，投喂密度為2.0×106cells·mL-1。實(shí)驗(yàn)前，對(duì)萼花臂尾輪蟲進(jìn)行2周以上的預(yù)培養(yǎng)，期間每天更換輪蟲培養(yǎng)液，并投喂食物，保持輪蟲種群處于指數(shù)增長(zhǎng)狀態(tài)。

1.2 納米TiO2懸浮液的制備

實(shí)驗(yàn)用納米TiO2(99.8% metals basis，5～10 nm，銳鈦，親水型)購于上海麥克林生化科技有限公司。稱取100 mg納米TiO2置于100 mL EPA培養(yǎng)基中，超聲處理30 min(400 W，50 kHz，23 ℃，超聲時(shí)間9 s，超聲間隙9 s)，以制備納米TiO2懸浮液母液[29-32]，置于4 ℃冰箱中備用。實(shí)驗(yàn)時(shí)用EPA將其配制成所需濃度的測(cè)試液。將上述納米TiO2寄至科譜研發(fā)技術(shù)中心(青島)有限公司完成納米TiO2基本理化性質(zhì)測(cè)定。測(cè)定流程如下：取點(diǎn)樣用溶劑超聲分散，銅網(wǎng)粘取點(diǎn)樣，干燥后使用透射電子顯微鏡(JEM—1200EX，日本JEOL公司)對(duì)納米材料進(jìn)行表征，然后使用Nano Measure軟件測(cè)量納米粒徑，由X射線衍射儀(ultima IV，日本理學(xué)株式會(huì)社)測(cè)定納米TiO2表面的Zeta電位。

1.3 急性毒性實(shí)驗(yàn)

體式顯微鏡下挑取攜帶非混交卵的萼花臂尾輪蟲母體置于燒杯中孵化，4 h后挑取幼體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。分別設(shè)置納米TiO2濃度為5、10、20、40、80和160 mg·L-1，每組設(shè)置3個(gè)重復(fù)，并設(shè)置對(duì)照組(0 mg·L-1)。實(shí)驗(yàn)在12 mL培養(yǎng)管中進(jìn)行，每支培養(yǎng)管中放入上述輪蟲幼體10只，并加入10 mL含有2.0×106cells·mL-1的斜生柵藻和含有相應(yīng)濃度納米TiO2的EPA培養(yǎng)基。將培養(yǎng)管置于旋轉(zhuǎn)混勻儀(YC-80，杭州米歐儀器有限公司)，轉(zhuǎn)速10 r·min-1。然后將旋轉(zhuǎn)混勻儀置于(23±1) ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，每24 h記錄各處理組萼花臂尾輪蟲死亡數(shù)并更換培養(yǎng)基和投喂上述藻密度的食物，48 h后結(jié)束實(shí)驗(yàn)，采用概率單位法計(jì)算納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲的48 h-LC50值。

1.4 慢性毒性實(shí)驗(yàn)

依據(jù)48 h-LC50結(jié)果設(shè)置慢性毒性實(shí)驗(yàn)中納米TiO2濃度，分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5和3.0 mg·L-1，另設(shè)對(duì)照組(0 mg·L-1)，每組3個(gè)重復(fù)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，體式顯微鏡下挑取攜帶非混交卵的萼花臂尾輪蟲母體置于燒杯中孵化，4 h后挑取幼體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。取10只輪蟲幼體置于12 mL玻璃杯中，加入10 mL含有相應(yīng)濃度納米TiO2的EPA培養(yǎng)基，并投喂食物斜生柵藻，食物密度為2.0×106cells·mL-1。實(shí)驗(yàn)開始后，每24 h觀察記錄各玻璃杯中萼花臂尾輪蟲各類雌體和休眠卵數(shù)量，計(jì)數(shù)后的輪蟲重新放回玻璃杯，更換測(cè)試液并投喂食物。待所有實(shí)驗(yàn)組輪蟲種群增長(zhǎng)至最大種群密度并開始下降時(shí)，結(jié)束實(shí)驗(yàn)。根據(jù)Dumont和Sarma[33]的方法，在輪蟲種群處于指數(shù)增長(zhǎng)期時(shí)，選取4～6個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算種群增長(zhǎng)率(r)，r=(lnNt-lnN0)/t，N0和Nt分別為實(shí)驗(yàn)開始時(shí)和進(jìn)行第t天時(shí)輪蟲的種群密度，t為實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的時(shí)間(d)[34]。其余相關(guān)參數(shù)定義如下。

最大種群密度(maximum population density)為實(shí)驗(yàn)過程中輪蟲種群密度的最大值。平均混交率(mictic rate)為種群中混交雌體數(shù)與總雌體數(shù)的比值。其中，混交雌體指種群中通過減數(shù)分裂的方式產(chǎn)生混交卵的輪蟲，由于非混交卵未與雄體產(chǎn)生的精子發(fā)生受精作用，因而卵體積較小，數(shù)量多為4個(gè)以上；非混交雌體指種群中以有絲分裂方式產(chǎn)生非混交卵的輪蟲，其卵大且卵殼較薄，數(shù)量多為4個(gè)以下。

休眠卵產(chǎn)量(production of resting egg)為種群中休眠卵的總數(shù)量。

總雌體生產(chǎn)量(production of total female)為單位時(shí)間和單位體積內(nèi)，萼花臂尾輪蟲種群產(chǎn)生總雌體的總量，參照Snell和Hoff[35]的方法，通過計(jì)算各自的總雌體增長(zhǎng)曲線與X軸間的面積求得。混交雌體生產(chǎn)量(production of mictic)為單位時(shí)間和單位體積內(nèi)，萼花臂尾輪蟲種群產(chǎn)生混交雌體的總量，參照Snell和Hoff[35]的方法，通過計(jì)算各自的混交雌體增長(zhǎng)曲線與X軸間的面積求得。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 25.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，Origin 2018作圖。急性毒性實(shí)驗(yàn)中，采用概率單位法求得納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲的48 h-LC50。針對(duì)慢性毒性實(shí)驗(yàn)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)后，對(duì)符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用單因素方差分析(One-Way ANONA)，從而檢驗(yàn)納米TiO2濃度對(duì)種群增長(zhǎng)各參數(shù)影響的顯著性，并對(duì)各參數(shù)在不同處理組間進(jìn)行多重比較(SNK-q檢驗(yàn))，確定其中具有顯著性差異的實(shí)驗(yàn)組；對(duì)納米TiO2濃度與種群增長(zhǎng)各參數(shù)間的關(guān)系進(jìn)行回歸分析。

2 結(jié)果與分析(Results and analysis)

2.1 納米TiO2基本理化性質(zhì)

納米TiO2表征結(jié)果如圖1所示，在透射電子顯微鏡(TEM)圖像中，納米TiO2呈現(xiàn)橢圓形，經(jīng)Nano Measure軟件測(cè)量，其直徑范圍為13～36 nm，平均直徑為21.58 nm；而聚集后的納米TiO2直徑約在100～500 nm之間。該結(jié)果明顯大于試劑生產(chǎn)廠家提供的產(chǎn)品參數(shù)。

圖1 納米TiO2的透射電子顯微鏡(TEM)圖像及直徑測(cè)量結(jié)果注：(a)、(b)和(c)分別為納米TiO2在不同倍鏡下形態(tài)圖；(d)為經(jīng)Nano Measure軟件測(cè)量的納米TiO2粒徑分布。Fig. 1 Transmission Electron Microscope (TEM) image of nano-TiO2 and diameter measurementNote: (a), (b) and (c) are the morphology of nano-TiO2 under different magnifications; (d) is the particle size distribution of nano-TiO2 by Nano Measure software.

Zeta電位的數(shù)值與膠態(tài)分散的穩(wěn)定性相關(guān)。Zeta絕對(duì)值越高，其體系越穩(wěn)定，反之則容易發(fā)生聚集或沉淀。由Zeta電位分析結(jié)果可知，Zeta電位絕對(duì)值為28.2 mV，因此，納米TiO2懸浮液穩(wěn)定性一般，可能發(fā)生聚集或沉淀(表1)。

表1 納米TiO2的Zeta電位分析結(jié)果Table 1 The results of Zeta potential measurement of nano-TiO2

2.2 納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲的急性毒性

采用概率單位法求得納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲48 h-LC50值為30.20 mg·L-1，其95%的置信限為19.23～46.13 mg·L-1。進(jìn)而得到劑量-效應(yīng)關(guān)系回歸方程為y=0.6554x-0.4668，R2=0.9515。式中：y表示死亡率，x表示納米TiO2濃度以10為底的對(duì)數(shù)。

2.3 慢性毒性實(shí)驗(yàn)

不同濃度納米TiO2下，萼花臂尾輪蟲的種群密度變化如圖2所示。各濃度下，萼花臂尾輪蟲種群密度隨著時(shí)間的推移逐漸增加，1.0～3.0 mg·L-1實(shí)驗(yàn)組在第15天達(dá)到最大密度，而對(duì)照組和0.5 mg·L-1實(shí)驗(yàn)組分別在第16天和第17天達(dá)到種群最大密度。單因素方差分析和獨(dú)立樣本SNK-q檢驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)納米TiO2濃度為0.5 mg·L-1時(shí)，萼花臂尾輪蟲種群最大密度與對(duì)照組無顯著差異(P>0.05)；當(dāng)濃度≥1 mg·L-1時(shí)，各濃度下最大種群密度均比對(duì)照組和0.5 mg·L-1處理組顯著減小(P<0.01)，但這些處理組(≥1 mg·L-1)之間無顯著差異(圖3(a))；但受納米TiO2的影響，0.5～3.0 mg·L-1處理組的種群密度在實(shí)驗(yàn)后期下降速度比對(duì)照組更快，因此，納米TiO2處理組平均種群密度相比于對(duì)照組顯著減小(P<0.05)(圖3(b))。此外，濃度≥1 mg·L-1的納米TiO2顯著抑制了萼花臂尾輪蟲的平均種群增長(zhǎng)率，隨著納米TiO2濃度的增加，平均種群增長(zhǎng)率逐漸減小，但是1.0、1.5和2.0 mg·L-1三者間無顯著差異，而1.5、2.0、2.5和3.0 mg·L-14個(gè)濃度組間也未見顯著差異(圖3(c))。

圖2 不同納米TiO2濃度下萼花臂尾輪蟲的種群密度Fig. 2 Population densities of B. calyciflorus under different nano-TiO2 concentrations

萼花臂尾輪蟲種群攜卵情況則表現(xiàn)出以下規(guī)律：當(dāng)濃度≥1 mg·L-1時(shí)，種群中萼花臂尾輪蟲攜帶非混交卵數(shù)量被顯著抑制，而1.5、2.0、2.5和3.0 mg·L-1實(shí)驗(yàn)組之間無差異(圖3(d))，可見納米TiO2可能通過影響萼花臂尾輪蟲攜帶非混交卵數(shù)量進(jìn)而影響種群增長(zhǎng)。當(dāng)納米TiO2濃度為0.5、1.0、1.5和3.0 mg·L-1時(shí)，種群休眠卵產(chǎn)量與對(duì)照組無顯著差異，而當(dāng)濃度為2.0 mg·L-1和2.5 mg·L-1時(shí)，種群休眠卵產(chǎn)量顯著提高(P<0.05)(圖3(e))，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因可能是在3.0 mg·L-1濃度下，萼花臂尾輪蟲種群數(shù)量受到顯著抑制而引起的。對(duì)種群混交率結(jié)果分析可知，當(dāng)濃度≥1.5 mg·L-1時(shí)，混交率顯著提高(P<0.05)，2.0 mg·L-1時(shí)，種群具有最大混交率0.199±0.026(圖3(f))。由休眠卵產(chǎn)量和混交率結(jié)果可知，納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲的有性生殖產(chǎn)生了影響。

對(duì)生產(chǎn)量單因素方差分析結(jié)果表明，當(dāng)濃度≥1.0 mg·L-1時(shí)，總雌體生產(chǎn)量被顯著抑制(P<0.05)，而1.0、1.5、2.0和2.5 mg·L-1實(shí)驗(yàn)組之間無明顯差異，3.0 mg·L-1實(shí)驗(yàn)組與其他實(shí)驗(yàn)組之間均具有顯著差異(P<0.01)(圖3(g))。而濃度為2.0 mgL-1和2.5 mg·L-1時(shí)，混交雌體生產(chǎn)量被顯著提高，而0.5、1.0、1.5和3.0 mg·L-1與對(duì)照組之間無明顯差異(圖3(h))。

圖3 不同納米TiO2濃度下萼花臂尾輪蟲的種群增長(zhǎng)參數(shù)注：數(shù)據(jù)表示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差；經(jīng)多重比較(SNK-q檢驗(yàn))，不同小寫字母表示種群參數(shù)差異顯著(P<0.05)。Fig. 3 Population growth parameters of B. calyciflorus under different nano-TiO2 concentrationsNote: Data are expressed as Mean±SD; different lowercase letters indicate significant differences in population parameters, by multiple comparison analysis (SNK-q test).

3 討論(Discussion)

起初，人們對(duì)于納米材料的研究集中于功能應(yīng)用，而隨著研究的逐步深入，人們發(fā)現(xiàn)由納米材料理化性質(zhì)特殊性所引起的生物毒性效應(yīng)不容忽視。近年來，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單中，TiO2也被列入2B類致癌物參考列表。由于尺寸小，比表面積大，使其更易與環(huán)境中污染物結(jié)合，從而對(duì)生物產(chǎn)生潛在威脅[36-37]。

當(dāng)納米TiO2進(jìn)入水生態(tài)系統(tǒng)，水體理化因子(如pH、離子強(qiáng)度、濁度、溶解性有機(jī)碳和總有機(jī)物等)和水生生物(如細(xì)菌和浮游植物)數(shù)量，均對(duì)納米TiO2的水環(huán)境行為產(chǎn)生影響[38-40]。由于上述原因，導(dǎo)致納米TiO2實(shí)際尺寸參數(shù)與商家提供信息不一致。本實(shí)驗(yàn)所用納米TiO2經(jīng)超聲懸浮分散至EPA培養(yǎng)基，由TEM圖像和Zeta電位檢測(cè)結(jié)果可知，納米TiO2在懸浮液中不穩(wěn)定，可發(fā)生聚集或沉淀，其實(shí)際直徑大于商家所提供的產(chǎn)品參數(shù)。

輪蟲普遍存在于各類水體中，以藻類、原生動(dòng)物和細(xì)菌等為食，同時(shí)又是其他水生動(dòng)物(如魚類)的食物[41]。因而，輪蟲在食物鏈中起著承上啟下的作用。此外，由于世代周期短、易于單克隆培養(yǎng)且對(duì)毒物敏感性強(qiáng)，已成為生態(tài)毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)的良好受試生物[42-44]，常用的輪蟲種類有萼花臂尾輪蟲和褶皺臂尾輪蟲[45]。急性毒性研究表明，納米金屬材料暴露對(duì)浮游動(dòng)物尤其是輪蟲的存活率具有影響，如Rotini等[46]的研究表明，納米CuO可抑制褶皺臂尾輪蟲游泳能力并致其死亡，其48 h-LC50值為(16.94±2.68) mg·L-1。

本研究中，采用旋轉(zhuǎn)混勻儀使納米TiO2在培養(yǎng)基中均勻分布，在(23±1) ℃、食物密度為2.0×106cells·L-1時(shí)，納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲的48 h-LC50值為30.20 mg·L-1。Khoshnood等[47]和Zhu等[48]的研究結(jié)果表明，直徑為20 nm的納米TiO2對(duì)大型溞的48 h-LC50值分別為171.88 mg·L-1和143.39 mg·L-1。Clément等[24]的研究結(jié)果表明，直徑25 nm納米TiO2對(duì)褶皺臂尾輪蟲48 h-LC50值為10.43 mg·L-1。可見，萼花臂尾輪蟲對(duì)納米TiO2的敏感性較褶皺臂尾輪蟲輪蟲弱，但比浮游動(dòng)物大型溞強(qiáng)。因而，在淡水水環(huán)境生物監(jiān)測(cè)尤其是對(duì)納米TiO2的生物監(jiān)測(cè)中，萼花臂尾輪蟲是較為理想的受試生物。

納米材料對(duì)浮游動(dòng)物的慢性毒性效應(yīng)主要表現(xiàn)在對(duì)浮游動(dòng)物生殖力、種群增長(zhǎng)率、形態(tài)和行為等方面的影響[49-50]。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)濃度≥1 mg·L-1時(shí)，納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲最大種群密度、平均種群增長(zhǎng)率以及平均種群密度均具有顯著影響(P<0.05)，且輪蟲達(dá)到最大種群密度的時(shí)間更短；在納米TiO2最高濃度下(3.0 mg·L-1)，實(shí)驗(yàn)后期的輪蟲種群密度下降更快速。同時(shí)，當(dāng)濃度≥1.0 mg·L-1時(shí)，萼花臂尾輪蟲種群平均攜帶非混交卵數(shù)目顯著降低(P<0.05)?？梢姡{米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲種群密度及種群增長(zhǎng)率具有抑制作用，而引起此現(xiàn)象的原因可能為納米TiO2顯著降低了萼花臂尾輪蟲攜帶非混交卵個(gè)體的數(shù)目，進(jìn)而抑制了種群繁殖力。有關(guān)納米材料對(duì)浮游動(dòng)物種群動(dòng)態(tài)的研究較少，Noss等[51]研究發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組和1 mg·L-1實(shí)驗(yàn)組相比，暴露于5 mg·L-1和20 mg·L-1的納米TiO2(直徑61 nm)懸浮液中96 h的大型溞，生長(zhǎng)速率顯著下降(P<0.05)。Mackevica等[52]的研究表明，較高濃度的納米Ag暴露會(huì)以劑量依賴性的方式降低大型溞的生長(zhǎng)和繁殖，而引起繁殖力下降的原因可能是大型溞所攜帶的卵數(shù)減少。Zhao和Wang[53]也指出，當(dāng)Ag納米粒濃度由5 μg·L-1提高至50 μg·L-1時(shí)，母體平均產(chǎn)子代數(shù)由(65.9±8.6)代減少到(57.8±5.9)代，該結(jié)果具有顯著性差異。Wang等[54]也得出類似結(jié)果，即隨著納米Cu2O濃度升高，子代數(shù)量由169代降低到62代。由上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，納米材料對(duì)大型溞生長(zhǎng)和繁殖均具有抑制作用，此結(jié)果與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一致性。

由休眠卵產(chǎn)量和混交率結(jié)果可知，納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲有性生殖具有顯著影響。Pourriot和Snell[55]指出休眠卵的形成與眾多的內(nèi)源性和外源性因素有關(guān)，如種群混交雌體百分率、受精卵以及產(chǎn)休眠卵的混交雌體生產(chǎn)量等。就本實(shí)驗(yàn)結(jié)果而言，當(dāng)濃度為2.0 mg·L-1和2.5 mg·L-1時(shí)，萼花臂尾輪蟲休眠卵產(chǎn)量顯著提高，而當(dāng)濃度升高到3.0 mg·L-1時(shí)，其種群密度受到抑制程度增大，且到達(dá)峰值后下降迅速，可見該濃度下輪蟲具有較高的死亡率。因而，產(chǎn)休眠卵的輪蟲死亡率增加，進(jìn)而導(dǎo)致該濃度下所產(chǎn)休眠卵數(shù)量與對(duì)照組無顯著差異。簡(jiǎn)言之，隨著納米TiO2濃度的增加，輪蟲總雌體生產(chǎn)量被逐漸抑制，而其混交率卻顯著提高，由此提高了單位體積內(nèi)形成產(chǎn)休眠卵的混交雌體生產(chǎn)量。

將萼花臂尾輪蟲長(zhǎng)期暴露于不同濃度的納米TiO2，研究其急性毒性及種群動(dòng)態(tài)變化，揭示出：(1)納米TiO2暴露對(duì)萼花臂尾輪蟲48 h-LC50值為30.20 mg·L-1，相較于大型溞，萼花臂尾輪蟲對(duì)納米TiO2毒性更敏感；(2)萼花臂尾輪蟲種群參數(shù)受到納米TiO2的影響，當(dāng)納米TiO2泄露至自然水體后，可能改變輪蟲以及其他浮游生物在淡水生態(tài)系統(tǒng)中的分布；(3)納米TiO2暴露對(duì)萼花臂尾輪蟲的有性生殖產(chǎn)生影響，進(jìn)而改變種群性比關(guān)系及繁殖潛力。本研究結(jié)合種群生態(tài)學(xué)原理闡明了納米TiO2對(duì)萼花臂尾輪蟲種群動(dòng)態(tài)的影響，但局限于本研究?jī)H采用單種納米材料，而復(fù)合納米材料以及納米TiO2與其他環(huán)境污染物的聯(lián)合毒性仍有待進(jìn)一步研究。