随着工、农业的发展,各种环境问题日益突出,其中重金属污染一直是人类高度关注的环境污染问题。重金属离子一旦进入自然环境,就很容易进入生物体产生毒性。随着重金属污染日趋严重,有关重金属毒性的报道不断出现。重金属污染已经成为威胁人类发展的重大环境问题。蛋白质和脱氧核糖核酸(DNA)是生物机体的主要组成成分,各种环境污染物进入生命机体后通常会与这些生物大分子相互作用来表现其危害性。细胞是生物体结构和功能的基本单位,外界环境中的有害因子对生物大分子等产生毒害作用后,表现在细胞水平上,就是引起细胞结构和功能的改变。因此,在功能生物大分子和细胞水平上探讨污染物对生物机体的毒性作用,研究污染物毒性作用机理,有助于从根本上阐明污染物的毒性效应,对其毒性做出较全面的评价,为制订合理的标准和保障人身体健康和安全提供参考和技术支持。本论文分别从分子和细胞水平上研究了Ni2+对生物体的毒性作用。在分子水平上,分别以牛血红蛋白和小牛胸腺DNA为靶分子,通过多种光谱学手段相结合的方式评价了Ni2+对BHb的毒性效应和基因毒性；在细胞水平上,研究了Ni2+对人血红细胞内GSH含量和细胞形态的影响。论文主要包括以下三个部分：第一部分：在模拟生理条件下,以血红蛋白为靶分子,利用荧光光谱、同步荧光光谱、紫外-可见吸收光谱和圆二色谱等方法,研究了Ni2+对BHb的毒性作用。研究发现Ni2+可以猝灭BHb的内源荧光,猝灭过程中动态猝灭和静态猝灭两种类型同时存在。二者之间以静电力作用结合形成Ni-BHb复合物,但结合作用比较微弱。287 K下,两者的结合常数和结合位点数分别为102.8 L mol-1和0.640。紫外-可见光谱和圆二色谱结果表明,Ni2+的加入能够改变血红蛋白的空间结构。第二部分：以中性红NR为荧光探针,利用荧光光谱、紫外可见光谱、圆二色谱等实验手段,研究了Ni2+对ctDNA的毒性作用。研究表明Ni2+通过改变DNA的空间结构猝灭DNA-NR体系的荧光。紫外-可见吸收光谱实验结果表明,Ni2+通过静电作用力与DNA结合形成DNA-Ni复合物,Ni2+的加入不利于中性红探针嵌入DNA碱基内部。这一研究可以为以中性红为荧光探针研究金属离子和DNA的相互作用提供参考,同时可以为金属离子影响DNA的合成和复制提供理论依据。同时,本研究证明了小分子也可以通过改变DNA的空间结构来猝灭DNA-探针体系的荧光。第三部分：在细胞水平上,从两方面研究了Ni2+对人红细胞的毒性作用：通过微流控芯片检测了镍离子对血红细胞内GSH含量的影响；通过扫描电镜实验研究了Ni2+对红细胞形态的影响。实验结果表明,经不同浓度Ni2+染毒后,人血红细胞内GSH含量均有不同程度的降低。当Ni2+浓度为4.8*×10-4 mol/L时,100个血红细胞内GSH平均含量比对照组下降了23.6%,这说明Ni2+此时对红细胞的毒性是很显著的。通过扫描电镜实验发现,经不同浓度Ni2+染毒后形态异常的细胞增多,细胞突起多,表现出镍离子对细胞具有明显的毒性。本论文的研究成果表明,Ni2+进入机体后,不仅会影响蛋白质分子的空间构象,还会与机体的遗传物质DNA发生作用,从而显示出基因毒性。在细胞水平上,Ni2+会使人血红细胞内GSH含量降低,同时会使红细胞发生形态改变。因此,Ni2+对生物机体具有明显的毒性效应。