碳纳米材料由于其具有优异的性能,得以广泛生产和使用,其不可避免会进入水环境中,对水生生态系统造成潜在影响。多壁碳纳米管(MWCNTs)、羟基化多壁碳纳米管(MWCNTs-OH)和羧基化多壁碳纳米管(MWCNTs-COOH)作为纳米材料的典型代表,其应用非常广泛,其潜在的环境效应受到人们越来越多的关注。为此,本文以蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)作为受试生物,通过实施实验研究纳米材料对藻的生物学效应及影响机制。通过暴露实验,研究了纯化与非纯化MWCNTs、MWCNTs-OH和MWCNTs-COOH分别对蛋白核小球藻的生长生理影响。研究结果表明:(1)多壁碳纳米管浓度≤10 mg/L时,蛋白核小球藻保持了较高的比生长速率,生长状态良好。(2)纯化MWCNTs、纯化MWCNTs-OH和纯化MWCNTs-COOH对蛋白核小球藻的96 h IC50值分别为9.06 mg/L、16.03mg/L和23.45 mg/L;未纯化MWCNTs、未纯化MWCNTs-OH和未纯化MWCNTs-COOH对蛋白核小球藻的96 h IC50值分别为7.75 mg/L、14.58 mg/L和24.21 mg/L。(3)藻叶绿素a含量随着纳米材料浓度的增加而减少,纯化与非纯化纳米材料实验组,MWCNTs浓度低于10 mg/L,功能化MWCNTs浓度低于20 mg/L,藻叶绿素a含量均有所增加。(4)蛋白核小球藻的可溶性蛋白质含量在同一类型纳米材料下随纳米材料浓度增加呈先增加后减少的趋势,纯化实验组中三种材料10 mg/L实验组具有最大的蛋白质含量,非纯化实验组中,功能化MWCNTs 20 mg/L实验组取得最大蛋白质含量。(5)实验组中蛋白核小球藻的总抗氧化能力值随纳米材料浓度的增一直在减小。(6)纯化MWCNTs浓度≥20 mg/L时,功能化MWCNTs实验组在40 mg/L时MDA含量显著增加(P<0.05);非纯化MWCMNTs浓度≥40 mg/L时,MDA含量显著增加(P<0.05),功能化MWCNTs实验组在20 mg/L时MDA含量显著增加(P<0.05)。(7)纯化处理纳米材料不能大幅提高其对藻类的IC50值。本文进一步研究了暴露实验中遮光效应、培养基pH变化、聚集共沉降及纳米材料分散性对藻类生长的影响,通过相关数据拟合、测定藻生长指标,明确指出生长与纳米材料的分散状态有直接关系,当培养基中加入纳米材料后引起培养基pH变化不是导致纳米材料在实验室条件下对藻产生生物效应的原因。遮光效应、聚集共沉降可能是纳米材料生物效应的因素,但影响程度的量化还有待进一步研究。