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纳米技术是一门在纳米级研究物质的新兴学科,为生物技术和农业等领域都提供了先进的应用方法。随着当今纳米科学技术的飞速发展,纳米材料在工业范围内的应用变的非常普遍,这就极大增长了纳米原料与人接触的机会,因此,纳米材料的安全性受到广泛关注,而纳米氧化锌作为护肤品产业及防晒霜中应用最为广泛的纳米材料之一,其生物安全性一直以来是人们所关注的重点。关于纳米氧化锌的毒性机制研究多基于细胞、细菌、小鼠等模式生物,并且其致毒机理并不是很明确,尤其是基于整体性生物的毒性研究较少,并且以小鼠作为模式动物的纳米毒理学机制研究也比较少,因此,家蚕具有比小鼠生长周期短,不存在实验动物安全隐患、哺乳动物伦理道德的优势,本文以家蚕这一新兴的模式生物作为实验对象,研究纳米氧化锌所造成的急性毒性影响。本实验采取对家蚕进行腹腔注射纳米氧化锌悬浊液的急性染毒方式,确定纳米氧化锌对家蚕的半致死剂量及毒力情况,选取与半致死剂量相近的合适剂量对家蚕进行急性毒性研究。利用透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)对纳米氧化锌进行表征;对家蚕染毒48h后的生长状况进行观察,对生长体重、食物消化率进行测定;对家蚕的中肠、脂肪体、丝腺、气管进行了组织病理学的观察与分析;并利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对染毒后家蚕的中肠、丝腺、气管、脂肪体60h内各自的锌元素的含量变化进行了测定,比较纳米氧化锌随着时间的变化在各个组织器官的富集转运情况,确定纳米氧化锌在家蚕体内的潜在靶器官;对中肠进行总蛋白含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)进行了测定,衡量中肠的氧化损伤情况;利用qRT-PCR对家蚕细胞凋亡相关基因Dronc,Caspase-1 and Trt进行了定量分析。结果表明,纳米氧化锌对家蚕5龄幼虫48h的半致死剂量LD50为737.31μg/头,参照GHS的分级标准为三级毒性;观察家蚕染毒12h即出现了抽搐、表皮皱缩、禁食等中毒症状;调查统计染毒后12 h家蚕幼虫的体重极显著低于对照组;组织病理学观测染毒48h的家蚕中肠、气管、丝腺、脂肪体,细胞均出现不同程度的损伤、破裂。ICP-MS结果显示,锌元素在中肠的聚集量最多,48h时染毒组聚集量分别是气管、脂肪体、血液、丝腺的5.8、10、28.1、33.2倍。且中肠的锌元素聚集量在12h就有显著升高,随着时间持续升高,在48h时达到最大值。其余器官随着时间锌元素总体呈下降趋势,因此,确定家蚕中肠为纳米氧化锌的潜在靶器官,后续实验选取中肠作为实验对象研究毒理学相关机制,与活性氧产生与清除相关的酶活力显示:SOD酶活在染毒36h内呈上升趋势,用于机体抵抗染毒后的体内大量氧自由基,在48h呈现稍许下降,CAT和GSH酶均可清除过氧化氢,在家蚕染毒后36h内两者呈相反的趋势,在36-48h时,二者均呈现下降,这一趋势与SOD相同。推测活性氧的产生导致了家蚕细胞凋亡,从而对家蚕的细胞凋亡相关基因进行了相对定量分析,Dronc和Caspase-1作为家蚕Caspase凋亡通路的上游启动基因和效应基因,随着染毒时间的增加,Dronc和Caspase-1表达量均呈上升趋势,Bmtrt基因实验组呈下降趋势,说明家蚕中肠细胞在染毒后端粒酶受到了损伤抑制,这一结果可能与家蚕染毒后的细胞凋亡相关。本研究首次探讨了纳米氧化锌在家蚕体内的转运情况及其对家蚕的毒性机制,并且为纳米毒理学实验中利用家蚕作为特殊模式动物研究纳米材料的急性毒性机制提供参考。