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纳米材料粒径小，比表面积大，吸附能力强，其环境行为和生物效应明显不同于相应常规材料。纳米材料特殊的理化特性使其应用领域越来越广泛，并可能迁移扩散到水环境中，其潜在的水生生态毒性效应和生态风险问题己引起社会各界的高度关注和重视。目前，关于纳米材料水生态毒理学的数据和资料极为匮乏，纳米材料对水生生物的毒性作用机制仍不清楚。研究纳米材料的水环境化学行为及其对斑马鱼的毒性效应对于揭示其水生态毒性机理具有重要意义。
本文以纳米TiO2和ZnO为研究对象，以斑马鱼作为受试生物，通过表征纳米颗粒形貌特征和测定纳米材料的水合粒径、沉降速率及羟基自由基产量分析其水环境化学行为;通过选取不同初始粒径、晶型的纳米颗粒进行斑马鱼毒性试验，探讨纳米材料结构在其毒性效应中的作用;通过改变养鱼水的离子强度、有机质浓度及光照条件，考察了三种环境单因子对两种纳米材料水生态毒性效应的影响。主要研究结果如下:
1)在水溶液中，纳米TiO2及ZnO主要以团聚体的形式存在，团聚体水合粒径均在400nm以上，与相应的常规物质较为接近。晶体结构对纳米TiO2的团聚作用具有较大的影响，金红石型纳米TiO2在本实验条件下的团聚程度明显低于锐钛矿型，悬浮稳定性更好，这可能与颗粒的表面电荷、原子排布方式、表面结构特征等有关。对于锐钛矿纳米TiO2而言，初始粒径越小，其在溶液中的平均水合粒径越大，团聚程度越高。溶液离子强度和有机质浓度影响纳米TiO2及ZnO的团聚行为，较高的离子强度或低浓度有机质可以极大促进纳米TiO2颗粒的团聚作用，而在高浓度有机质存在时则相反，这可能是纳米TiO2对HA的不同吸附量造成的。相反，较高浓度的NaCl或HA均略降低纳米ZnO的团聚程度。
2)离子强度的增加可稍微加快纳米TiO2颗粒在水体中的沉降速率;在较低浓度的HA存在时，纳米TiO2颗粒在水体中的沉降速率显著快于蒸馏水组，相反，在高浓度的HA存在时，其沉降速率略慢于蒸馏水组，这与纳米TiO2颗粒在团聚程度上的差异具有一定的关联。在养鱼水中，纳米ZnO的沉降速率略快于相同时间及初始浓度的常规ZnO，而其溶解态锌浓度略低于常规ZnO。
3)在光照条件下，纳米ZnO悬浮液中能够产生羟基自由基(·OH)。在斑马鱼养鱼水中，50mg/L纳米ZnO在24h和96h时的羟基自由基浓度分别为0.078mmol/L、0.018mmol/L，并且初始浓度越高，·OH浓度也越高。在初始浓度为30mg/L和50mg/L的纳米ZnO悬浮液中，·OH浓度随时间延长而直线上升，两者具有良好的线性关系。常规ZnO悬浮液中未检测到·OH。
4)在蒸馏水中，纳米ZnO(20nm)、纳米ZnO(30nm)、常规ZnO及锌离子溶液对成年斑马鱼的急性毒性具有明显的剂量效应关系，其96hLC50分别是16.87mg/L、41.53mg/L、8.51mg/L、13.96mg/L，毒性大小依次为常规ZnO＞锌离子溶液＞纳米ZnO(20nm)＞纳米ZnO(30nm)。纳米TiO2对斑马鱼的急性毒性较低，不具有明显的剂量效应关系。在东湖水中，纳米TiO2及ZnO对斑马鱼均没有急性毒性效应，证明水质条件对纳米TiO2及ZnO对斑马鱼的急性毒性具有较大的影响。
5)纳米TiO2对斑马鱼的毒性效应具有粒径依赖性，即初始粒径越小，毒性越大。尽管纳米TiO2粒径越小，团聚程度也越高，但是毒性依然增加，表明初始粒径而不是团聚体的水合粒径对纳米TiO2的毒性大小起决定作用。锐钛矿型和金红石型纳米TiO2对斑马鱼的毒性效应略有差异。在光照条件下，纳米TiO2和纳米ZnO对斑马鱼的毒性效应均明显高于黑暗条件，表明光照可以加重纳米TiO2和纳米ZnO的水生态毒性。光照主要是通过促进纳米悬浮液中的ROS的生成来发挥作用的，证明ROS是纳米TiO2及ZnO毒性效应的重要机制之一。
6)较高的离子强度和HA可以降低纳米TiO2和纳米ZnO对斑马鱼的毒性效应，这可能是因为较高的离子强度改变了纳米TiO2及ZnO的团聚程度、颗粒表面电荷及表面结构和悬浮稳定性;HA分子或离子吸附于纳米颗粒表面，可能改变了纳米TiO2和纳米ZnO与斑马鱼组织细胞的作用方式，并且HA可以中和暴露液中的ROS及降低ROS的产量来减小纳米TiO2及ZnO的毒性效应。
在东湖水中，高浓度的纳米TiO2对斑马鱼的抗氧化酶活性具有一定的抑制作用，并不能造成脂质过氧化损伤，表明在自然水体中纳米TiO2的毒性效应较低。纳米TiO2及ZnO都能在斑马鱼体内发生生物富集，并且暴露浓度越高，积累量越大。