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近年来，纳米材料在工业和日常生活中的使用频率呈指数增长，如此广泛的应用必然导致这些纳米微粒释放到自然环境中。纳米微粒进入到环境中会频繁的与生态系统中的生物及非生物因素发生相互作用，相互影响。对于纳米微粒与生物大分子及生态系统的相互作用的基础研究是非常有必要的。因此，本文主要研究比较了四种氧化物纳米微粒(ZnO，Al2O3，TiO2，SiO2)分别对纯培养和自然土壤环境模拟条件下的微生物的生态毒性。
在纯培养研究中，选取了大肠杆菌DH5α（革兰氏阴性菌）为模型微生物，联合采用微量量热法、分光光度法、扫描电镜及传统的细胞菌落计数法探究了这四种纳米微粒在自然沉降状态下的微生物毒性。首先，使用分光光度法测定自然沉降过程中的纳米微粒浓度，发现纳米微粒浓度与溶液吸光度(OD600)之间具有良好的线性关系(r≥0.995)，从而说明分光光度法可以用来测定水溶液中纳米微粒的浓度。所得结果还表明待测的四种氧化物纳米微粒在10小时内都会完全沉降。其次，借助菌落计数法(CFU)评价了不同浓度的氧化物纳米微粒对大肠杆菌的抗菌活性。Al2O3纳米微粒只在40 mg/L的浓度时才对大肠杆菌具有显著地毒性(p＜0.05); SiO2纳米微粒在10 mg/L时对大肠杆菌就表现出显著地毒性(p＜0.05)，但是在超过20 mg/L的浓度下就表现出非常显著地微生物毒性(p＜0.01); ZnO纳米微粒在所有的测定浓度下都表现出非常显著的微生物毒性(p＜0.01)，甚至在40 mg/L时，几乎杀死所有的大肠杆菌，而且ZnO纳米微粒对大肠杆菌的毒性作用还具有很强的剂量反应关系;TiO2纳米微粒在所有的测定浓度下几乎对大肠杆菌的菌落数没有影响。再次，联合采用微量量热法和分光光度法评价了这四种氧化物纳米微粒对大肠杆菌生长活性的不利影响，并且两种方法所得到结果具有很高的一致性。这四种纳米微粒(ZnO，Al2O3，SiO2和TiO2)在所有的测定浓度下，对大肠杆菌的生长都有一定程度的延迟;而且随着浓度的增加，这种生长延迟会加强。跟ZnO比起来，其他的三种氧化物纳米微粒对大肠杆菌的生长没有表现出显著地抑制。当ZnO纳米微粒的初始浓度超过20 mg/L时，就会对大肠杆菌的生长表现出明显的抑制，甚至使得大肠杆菌无法达到生长稳定期。在检测时间内（10小时），暴露在40mg/L的ZnO纳米微粒溶液中的大肠杆菌几乎不会生长。最后，为了能更直观的说明氧化物纳米微粒对大肠杆菌的抗菌行为，特利用扫描电子显微镜记录了大肠杆菌在ZnO纳米微粒作用前后的细胞形态的变化。通过记录下来的细胞形态变化的相片比对，发现ZnO纳米微粒对大肠杆菌细胞造成了相当大的损害，甚至会导致细胞膜的溶解。
鉴于，纯培养研究的实验设计没有模拟自然的环境系统，那么对纳米微粒释放到自然环境所产生的原位实地生态后果就缺乏了解。本文同样也对这四种纳米微粒在更复杂的自然生态系统——土壤环境中的微生物毒性进行了探究。通过长达4个月的实验，借助微量量热法和酶活性分析法，研究了ZnO，Al2O3，SiO2和TiO2纳米微粒对土壤微生物群落活性的中期影响。接着分别讨论分析了不同的纳米微粒种类和作用时间对土壤微生物毒性的影响。土壤样品在分别被1μg/g和500μg/g的四种纳米微粒作用后培养直到120天。除了一定程度的急性微生物毒性之外，随着培养时间的加长，纳米微粒没有表现出对土壤微生物群落及酶活性的显著毒性(p＞0.05)。这也说明，培养时间对纳米微粒的土壤微生物毒性的影响要比纳米微粒的性质的影响大。也就是说，氧化物纳米微粒对土壤微生物过程的中期影响不是那么简单和单因素影响的。