由于具有独特的理化性质,氧化石墨烯(GO)在生物医学、能源、电子器件、环境保护等领域具有广阔的应用前景。随着石墨烯类纳米材料生产和应用的快速增长,它们不可避免地进入环境中,增加了它们对环境的风险。胚胎发育是鱼类生命过程中的一个重要阶段,发育上的缺陷会对鱼类的生存、觅食、运动及生殖产生重要影响。处于发育阶段的胚胎相对于成年个体而言,对环境污染物更敏感,更易受到伤害,然而关于GO对鱼类发育毒性的研究尚十分缺乏。在水环境中,GO与各种环境因子相互作用,其理化性质和毒性可能发生变化,但相关影响和机理仍不清楚。本研究采用多种方法研究GO对斑马鱼胚胎的毒性效应和作用机制,并考察腐植酸(HA)、pH和光照等环境因子对GO发育毒性的影响。具体的研究方法和结果如下。将斑马鱼胚胎孵育在含有GO的E3溶液中,应用组织切片、超薄切片、显微观察、荧光标记、微电极等技术研究GO的发育毒性。结果发现,在E3溶液中,GO表面负电荷减少,稳定性下降。GO吸附在绒毛膜表面,阻碍胚胎与环境间气体交换,导致绒毛膜空间形成低氧微环境,影响胚胎孵化。GO可利用机械穿刺和绒毛膜孔道两种方式进入绒毛膜空间。然后,GO通过内吞作用进入胚胎,在卵黄囊、眼、心脏和脊椎等部位聚集,引起心包/卵黄囊水肿、眼/头畸形和尾/脊椎弯曲等。此外,GO破坏线粒体,阻断谷胱甘肽合成,过量生成ROS,诱导氧化胁迫,使膜系统脂质过氧化,破坏DNA,启动细胞凋亡。采用转录组学、蛋白质组学和代谢组学对GO处理的胚胎进行生物信息学分析。结果发现,GO导致胚胎内与应激、凋亡、炎症、免疫、抗氧化、内吞作用、转录相关基因和蛋白表达上调,而与发育及代谢相关基因和蛋白表达下调。GO通过ECM-receptor、Toll-like receptor和FoxO等信号转导途径干扰糖异生/糖酵解代谢、丙酮酸代谢、精氨酸和脯氨酸代谢、苯丙氨酸和酪氨酸代谢、谷胱甘肽转代谢等生化过程,改变胚胎糖、脂类、蛋白质、氨基酸和核苷酸等物质的代谢与合成。将HA与GO混合,研究GO性质和毒性的变化。发现HA通过π-π作用吸附在GO上,改变纳米片形状、厚度和稳定性,减弱GO与绒毛膜间的相互作用,恢复绒毛膜空间溶解氧。HA还减弱GO对绒毛膜的刺入作用,降低GO进入绒毛膜空间的能力。同时,HA通过改变GO理化性质,调控GO在胚胎体内的转移和定位,减少GO在卵黄细胞和深层细胞的聚集,降低线粒体损伤和氧化胁迫,进而减轻GO的发育毒性。GO经光照射28天后,研究GO性质和毒性的变化。发现光照加强纳米片的粗糙度、sp~2 C结构及边缘的锯齿状化程度,减少含氧基团和表面负电荷,并降低其稳定性,最终增加GO对斑马鱼胚胎的发育毒性。经光处理的GO阻断斑马鱼胚胎谷胱甘肽的合成路径,诱导产生过量ROS,氧化不饱和脂肪酸,干扰鸟氨酸循环和TCA循环。GO经不同pH处理20天后,研究GO的性质和发育毒性的变化。发现随着pH升高,GO的sp~2 C和无序结构明显增强。在酸性环境下,GO中形成更多的sp~2 C结构,但其含氧基团、表面负电荷和稳定性明显下降,最终导致其对斑马鱼胚胎发育的毒性变大。另外,经酸处理的GO阻断胚胎谷胱甘肽的合成,诱导产生过量ROS,氧化不饱和脂肪酸,干扰鸟氨酸循环和TCA循环。