小球藻源生物炭负载纳米零价铁对藻类生长、生理及抗氧化防御系统的差异化调控机制

本研究针对纳米零价铁(nZVI)环境毒性问题，通过小球藻源生物炭(BC)负载构建BC/nZVI复合材料，采用OECD藻类毒性测试评估其对蛋白核小球藻的毒性效应。结果表明BC负载可显著降低nZVI的生物毒性（抑制率从98.10%降至62.66%），通过限制颗粒生物有效性缓解氧化应激（SOD活性降低34.2%），为开发高效低毒的环境修复材料提供理论支撑。

　　

随着纳米零价铁(nZVI)技术在土壤和水体修复中的广泛应用，其环境风险日益凸显。这种直径小于100纳米的材料虽能高效降解污染物，但极易通过食物链富集，对生态系统产生潜在威胁。尤其令人担忧的是，已有研究表明nZVI会对细菌、藻类等初级生产者造成氧化损伤，而作为水体"生态基石"的藻类，其敏感性更是不容忽视。但矛盾在于，未经修饰的nZVI易团聚失活，如何平衡材料活性与环境友好性成为环境工程领域的重大挑战。

重庆大学的研究团队独辟蹊径，选择资源丰富的小球藻(Chlorella vulgaris)制备生物炭(BC)作为载体，开发出新型BC/nZVI复合材料。通过OECD标准藻类毒性实验发现，该材料在保持污染物去除效率的同时，对蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)的毒性显著低于裸nZVI。这项突破性成果发表在《Algal Research》上，为环境友好型修复材料的开发提供了新范式。

研究采用三组对照实验设计，通过测定比生长速率、光合色素含量等参数评估毒性效应，结合SOD活性、MDA含量等氧化应激指标分析毒性机制，并运用三维荧光成像技术观察细胞外有机物变化。

变化在蛋白核小球藻

实验数据显示，BC/nZVI处理组的比生长速率从0.206 d^-1降至0.006 d^-1，生长抑制率随时间延长从42.86%升至98.10%。值得注意的是，虽然BC单独处理初期抑制率达37.78%，但后期呈现适应性恢复，这表明生物炭本身的毒性具有时效性。

生理生化响应

在72小时关键时间点，BC/nZVI组的叶绿素a、b抑制率分别为62.66%和58.84%，显著低于nZVI组的79.23%和75.41%。SOD活性峰值(163.13 U/mg蛋白)和MDA含量(73.84 nmol/mg蛋白)也呈现nZVI > BC/nZVI > BC的梯度，证实BC负载有效缓解了氧化损伤。

毒性机制解析

扫描电镜显示，BC/nZVI处理的藻细胞表面凹陷程度轻于nZVI组，细胞完整性保持更好。三维荧光图谱进一步揭示，BC负载减少了nZVI诱导的蛋白质类物质外泄，这种物理屏障作用可能是毒性降低的关键。

该研究首次系统阐明了BC/nZVI对藻类细胞的级联毒性效应：nZVI通过Fenton反应产生活性氧(ROS)，引发膜脂过氧化(MDA含量升高)和光合系统损伤（叶绿素下降）；而BC载体通过空间位阻效应限制铁离子溶出，切断毒性传导链。这种"高活性-低毒性"特性使BC/nZVI在修复污染水体时，既能保证对污染物的去除效率，又可最大限度降低生态风险。

尤为重要的是，研究建立了藻类生物炭负载材料的毒性评价体系，为类似改性纳米材料的生态风险评估提供了方法论参考。团队提出的"载体缓解毒性"机制，为今后设计环境友好型功能材料指明了方向——通过精准调控载体-纳米颗粒界面作用，可实现材料性能与生态安全的协同优化。这项成果不仅对水环境治理具有直接应用价值，更为纳米材料的可持续发展提供了重要科学依据。