董小蓉,楊曉明,魯 翌,馬鯤鵬,鮑 潔,張昊天,唐 非* (.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所,環(huán)境與健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430030；.武漢市水務(wù)集團(tuán)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心,湖北 武漢 430034)

長(zhǎng)江、漢江水源水及其自來水中有機(jī)物生物毒性的比較

董小蓉1,楊曉明1,魯 翌1,馬鯤鵬1,鮑 潔2,張昊天2,唐 非1*(1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所,環(huán)境與健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,湖北 武漢 430030；2.武漢市水務(wù)集團(tuán)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心,湖北 武漢 430034)

應(yīng)用XAD-2大孔樹脂對(duì)長(zhǎng)江、漢江(武漢)水源水及其自來水水樣中的有機(jī)物進(jìn)行吸附和富集,經(jīng)洗脫、濃縮、干燥,提取其非揮發(fā)性有機(jī)物(NVOCs),通過致突變?cè)囼?yàn)(Ames test)和重組酵母雌激素測(cè)評(píng)試驗(yàn)(YES)分別檢測(cè)其致突變性與類雌激素效應(yīng).結(jié)果顯示,2008年平水期,水中 NVOCs除了長(zhǎng)江出廠水對(duì) TA98(＋S9)的致突變性檢測(cè)結(jié)果為陰性外,其他水樣均為陽性;豐水期除長(zhǎng)江水源水外,其他水樣對(duì)TA98的致突變性為陽性;枯水期在不加S9的條件下,僅長(zhǎng)江出廠水、管網(wǎng)末梢水對(duì)TA98的致突變性為陽性,其余水樣均為陰性.各水樣的NVOCs對(duì)TA100(±S9)的結(jié)果均為陰性.平水期長(zhǎng)江、漢江水源水和枯水期長(zhǎng)江水源水中的NVOCs均可檢出類雌激素效應(yīng),豐水期水源水以及各水文期自來水中的NVOCs未顯類雌激素效應(yīng).2007～2009年不同水文期長(zhǎng)江和漢江自來水中NVOCs的致突變比活性均高于水源水;長(zhǎng)江、漢江各水樣中具有致突變作用的有機(jī)物主要為移碼型直接致突變物.長(zhǎng)江水源水 NVOCs的類雌激素效應(yīng)高于漢江,經(jīng)自來水廠處理后的出廠水以及管網(wǎng)末梢水中的NVOCs未檢出類雌激素效應(yīng).

長(zhǎng)江；漢江；水源水；自來水；非揮發(fā)性有機(jī)物；Ames試驗(yàn)；重組酵母雌激素測(cè)評(píng)試驗(yàn)

長(zhǎng)江、漢江水是武漢市主要自來水廠的水源水,隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展,工業(yè)、農(nóng)業(yè)和生活污水未經(jīng)處理或者處理不完全而排入江中,使得水中的有機(jī)物種類和含量增加,其中包括可嚴(yán)重危害人體健康的有機(jī)磷農(nóng)藥、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯以及鄰苯二甲酸酯類等有機(jī)物;而水源水經(jīng)加氯消毒所產(chǎn)生的非揮發(fā)性消毒副產(chǎn)物鹵代乙酸類物質(zhì)已被列為可疑致癌物[1].關(guān)于長(zhǎng)江和漢江水環(huán)境惡化及其可能對(duì)人體健康的潛在危害的研究也逐年增多[2-3].飲用水中混合有機(jī)物的生物毒性不是單一化合物的生物毒性的簡(jiǎn)單累加,而是多種化合物的綜合作用,所產(chǎn)生的健康危害效應(yīng)也有所不同.本研究應(yīng)用固相萃取技術(shù)提取不同水文期武漢長(zhǎng)江、漢江的水源水及其自來水(出廠水和管網(wǎng)末梢水)中的非揮發(fā)性有機(jī)污染物,結(jié)合Ames試驗(yàn)、YES試驗(yàn)對(duì)水中有機(jī)物的生物毒性(致突變性、類雌激素效應(yīng))強(qiáng)度水平的現(xiàn)狀進(jìn)行研究與評(píng)價(jià),以闡明其在不同水文時(shí)期的變化規(guī)律以及常規(guī)水處理工藝對(duì)此規(guī)律的影響.

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)菌株 鼠傷寒沙門氏菌(Samonella typhimurium)組氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株 TA98、TA100(美國Ames實(shí)驗(yàn)室贈(zèng)予),雌激素受體重組酵母菌(英國Brunel大學(xué)Sumpter教授授權(quán),由中國科學(xué)院環(huán)境生態(tài)研究中心提供).

1.1.2 化學(xué)試劑 L-天門冬氨酸,L-蘇氨酸, Chlorophenol red-β-dgalactopyranoside (CPRG)、二甲基亞砜(Fluka, Switzerland),蛋白胨(日本制藥株式會(huì)社),甲醇,乙腈,乙醚,丙酮,二氯甲烷等大孔樹脂 Amberlite XAD-2型大孔樹脂(美國),為非極性樹脂.

1.1.3 主要儀器 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(Heidolph德國);超凈工作臺(tái)(SW-CJ-2F,蘇州安泰空氣技術(shù)有限公司);空氣恒溫?fù)u床(THZ-100,上海一恒科技儀器廠);722型分光光度計(jì)(上海第三分析儀器廠);酶標(biāo)儀(Bio-Tek 美國).

1.2 方法

1.2.1 水樣的采集 分別于2008年3月(平水期)、7月(豐水期)及12月(枯水期),先后3次分別采集武漢市長(zhǎng)江P自來水廠和漢江Z自來水廠的水源水及其自來水(出廠水與管網(wǎng)末梢水),每次每采樣點(diǎn)采集1份水樣,共計(jì)18份,每份體積約為120L.

1.2.2 水中非揮發(fā)性有機(jī)物的提取 水中非揮發(fā)性有機(jī)物(NVOCs)的提取主要參照Greenberg[4]和王家玲等[5]報(bào)道的方法進(jìn)行.水中的NVOCs經(jīng)過吸附、洗脫、濃縮和干燥后制得干品.用于Ames試驗(yàn)的NVOCs干品采用二甲基亞砜(DMSO)溶解并配制成一定濃度梯度的溶液,使0.1mL溶液中分別含有從0.5,1,2L水樣中濃縮干燥獲得的NVOCs;用于YES試驗(yàn)的NVOCs干品采用無水乙醇溶解并稀釋,使0.1mL溶液中含有從0.25L水樣中濃縮干燥獲得的NVOCs.

1.2.3 Ames試驗(yàn) Ames試驗(yàn)主要參照《城市供水致突變物的測(cè)定(CJ/T150-2001)》[6]、《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[7]中的方法進(jìn)行.每次試驗(yàn)均設(shè)陰性與陽性對(duì)照.陽性對(duì)照選用已知致癌物敵克松為直接誘變物,二乙?；虨殚g接誘變物.試驗(yàn)結(jié)果以 MR(誘變菌落數(shù)/自發(fā)回變菌落數(shù))值表示,在所設(shè)的劑量范圍內(nèi),若MR≥2且呈劑量-反應(yīng)關(guān)系,則可認(rèn)為待測(cè)物Ames試驗(yàn)結(jié)果陽性,具有致突變性.

1.2.4 YES試驗(yàn) 將雌激素受體(hERα)基因整合到酵母菌染色體中形成重組酵母菌,若受試物具有雌激素活性則可以與此雌激素受體結(jié)合形成復(fù)合物,并由其啟動(dòng)質(zhì)粒上的lacZ基因產(chǎn)生β-半乳糖苷酶,它能分解 β-D半乳糖苷氯酚紅(CPRG),使其從黃色變成紅色.出現(xiàn)紅色即說明受試物具有類雌激素活性,為陽性結(jié)果,紅色的深淺(即OD540nm的大小)可反映其類雌激素效應(yīng)的強(qiáng)弱程度.水中 NVOCs的類雌激素效應(yīng)檢測(cè)參照Routledge等[8]的方法進(jìn)行.以17β-雌二醇(E2)的無水乙醇溶液為陽性對(duì)照,濃度為1.0×10-5g/L,同時(shí)以無水乙醇作為溶劑陰性對(duì)照.

水樣NVOCs類雌激素活性采用EC25-E2作為評(píng)價(jià)指標(biāo),計(jì)算方法參照Rastall等[9]的方法,略有改動(dòng).將各水樣顏色分別與 E2陽性對(duì)照進(jìn)行比較,以最小二乘法進(jìn)行曲線擬合后求出各水樣所對(duì)應(yīng)的EC25-E2,它表示各水樣NVOCs的類雌激素活性相當(dāng)于E2雌激素活性最大值1/4時(shí)所需要的濃縮水樣量(mL).EC25-E2值越大,說明水樣中NVOCs的類雌激素效應(yīng)越低.

1.2.5 數(shù)據(jù)處理與分析 采用SAS、SPSS軟件包對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,顯著性檢驗(yàn)水準(zhǔn)均取α=0.05.

2 結(jié)果

2.1 長(zhǎng)江、漢江水源水及其自來水中非揮發(fā)性有機(jī)物的致突變性

2008年不同水文期長(zhǎng)江、漢江水源水及其自來水(出廠水、管網(wǎng)末梢水)中NVOCs對(duì)TA98的致突變性檢測(cè)結(jié)果見表1.

由表1可知,在所設(shè)置的測(cè)試濃度范圍內(nèi),平水期時(shí),除了長(zhǎng)江出廠水的NVOCs對(duì)TA98(+S9)的致突變性檢測(cè)結(jié)果為陰性外,其他水樣對(duì) TA98 (±S9)均為陽性;豐水期時(shí),除長(zhǎng)江水源水外,其他水樣的NVOCs對(duì)TA98(±S9)的致突變性檢測(cè)結(jié)果均為陽性;枯水期時(shí),僅長(zhǎng)江出廠水和末梢水的NVOCs對(duì)TA98(-S9)的致突變性檢測(cè)結(jié)果為陽性,其余水樣均為陰性.而同期長(zhǎng)江和漢江各水樣NVOCs對(duì)TA100(±S9)的檢測(cè)結(jié)果均為陰性.

表1 2008年長(zhǎng)江和漢江各水樣NVOCs的Ames試驗(yàn)結(jié)果(TA98)Table 1 Results of Ames test for the NVOCs in water samples of Yangtze and Han River from different hydroperiods

2.2 長(zhǎng)江、漢江水源水及其自來水中非揮發(fā)性有機(jī)物的類雌激素效應(yīng)

平水期長(zhǎng)江、漢江水源水及枯水期長(zhǎng)江水源水的 NVOCs呈現(xiàn)類雌激素效應(yīng),且有劑量－效應(yīng)關(guān)系(圖1).豐水期2種水源水以及各水文期自來水中的NVOCs未顯類雌激素效應(yīng).

平水期長(zhǎng)江、漢江水源水中 NVOCs的EC25-E2值分別為11.0mL和27.4mL,由此可認(rèn)為平水期長(zhǎng)江水源水中NVOCs的類雌激素效應(yīng)高于漢江水源水.

3 討論

3.1 長(zhǎng)江、漢江水源水及其自來水中非揮發(fā)性有機(jī)物致突變性的比較

3.1.1 2007～2009年水源水及其自來水非揮發(fā)性有機(jī)物致突變性的比較 結(jié)合2007年各水文期及 2009年平水期有關(guān)水樣有機(jī)物的Ames試驗(yàn)結(jié)果,可以明確2007～2009年長(zhǎng)江和漢江的出廠水和管網(wǎng)末梢水的致突變性均大于水源水,大部分水源水及自來水中有機(jī)物的致突變比活性性由強(qiáng)至弱依次為出廠水＞管網(wǎng)末梢水＞水源水.而以往對(duì)武漢東湖和漢江的研究也獲類似結(jié)果[3,5].相關(guān)研究表明,水源水中的天然、污染有機(jī)物經(jīng)加氯消毒處理后可生成具有很強(qiáng)致突變性或遺傳毒性效應(yīng)的消毒副產(chǎn)物[10-11].

圖1 各水文期長(zhǎng)江和漢江水源水NVOCs的類雌激素活性比較Fig.1 Estrogenic activity of NVOCs in source water of Yangtze and Han River by YES from different hydroperiods

從圖2可見,對(duì)于出廠水,除2008年枯水期外,各水文期的漢江出廠水2L水樣NVOCs的致突變性均高于長(zhǎng)江出廠水;各水文期漢江水源水2L水樣NVOCs的MR值大于2的有4次,而長(zhǎng)江水源水為3次;漢江管網(wǎng)末梢水2L水樣NVOCs的MR值有4次大于同期長(zhǎng)江管網(wǎng)末梢水.經(jīng)過 2年多的連續(xù)監(jiān)測(cè)和比較可以看出,平水期長(zhǎng)江水源水及其自來水中有機(jī)物的致突變性均高于枯水期和豐水期,而漢江水源水和出廠水的致突變性在2007年枯水期和2008年的豐水期最強(qiáng).由于各水文期長(zhǎng)江與漢江水源水及其自來水中有機(jī)物的致突變性強(qiáng)弱的變化受到多種因素的影響,此種變化及其相互間是否存在一定的聯(lián)系與規(guī)律,還有待進(jìn)一步研究.

圖2 不同水文期長(zhǎng)江、漢江水源水及其自來水中有機(jī)物致突變性的變化Fig.2 Comparison of the mutagenicity of NVOCs in water samples from different hydroperiods in Yangtze and Han River

3.1.2 水源水及其自來水中非揮發(fā)性有機(jī)物致突變物作用類型 長(zhǎng)江、漢江各水文期水樣中NVOCs的Ames試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果表明,陽性水樣全部為對(duì)TA98(-S9)具致突變作用,對(duì)TA100(±S9)的致突變性結(jié)果均為陰性,由此可知各水樣中的NVOCs主要為移碼型直接致突變物;而在加入S9后,其對(duì)TA98菌株的致突變作用有所降低,說明此類有機(jī)致突變物可能部分被分解或轉(zhuǎn)化,但也不能完全排除水中同時(shí)存在有移碼型間接致突變物.

2007年,除個(gè)別水樣對(duì)TA100菌株具致突變性外,其他陽性水樣均為對(duì) TA98菌株具致突變作用,這與此次結(jié)果基本一致.連續(xù) 7個(gè)水文期(2007～2009年)的檢測(cè)表明,長(zhǎng)江、漢江水源水及其自來水中具致突變作用的有機(jī)物主要為移碼型直接致突變有機(jī)物,而堿基置換型致突變有機(jī)物相對(duì)較少.

3.2 長(zhǎng)江、漢江水源水及其自來水中非揮發(fā)性有機(jī)物類雌激素效應(yīng)的比較

由表2可見,平水期長(zhǎng)江、漢江水源水中的NVOCs具類雌激素效應(yīng);豐水期長(zhǎng)江、漢江水源水的 NVOCs未呈現(xiàn)明顯類雌激素效應(yīng),可能與該水文期水量大,水中具類雌激素效應(yīng)有機(jī)物得以稀釋有關(guān);枯水期僅長(zhǎng)江水源水的 NVOCs有類雌激素效應(yīng).而在不同水文期各自來水廠出廠水及末梢水中的NVOCs均未顯出類雌激素效應(yīng),這可能與自來水廠的水處理工藝對(duì)水源水中此類有機(jī)物效應(yīng)物質(zhì)有一定的去除或轉(zhuǎn)化作用有關(guān).有文獻(xiàn)[12]報(bào)道,采用加氯消毒的飲用水處理工藝可以有效降低水中有機(jī)物的類雌激素效應(yīng);駱堅(jiān)平等[13]研究發(fā)現(xiàn),自來水廠現(xiàn)有工藝對(duì)類雌激素物質(zhì)有很好的去除效果,多數(shù)水廠出水中類雌激素都得到了很大程度的去除.

表2 不同水文期長(zhǎng)江、漢江水源水中NVOCs的類雌激素效應(yīng)(EC25-E2值)Table 2 Estrogenic effect of NVOCs in source water of Yangtze and Han River from different hydroperiods(EC25-E2)

綜合比較2年長(zhǎng)江、漢江水源水中NVOCs的類雌激素效應(yīng)(表2)可知,長(zhǎng)江在5個(gè)水文期中可檢出類雌激素效應(yīng),而漢江在4個(gè)水文期中可檢出,長(zhǎng)江水源水中NVOCs的ED25-E2值均低于同期的漢江水源水,由此可以認(rèn)為長(zhǎng)江水源水中所含有的具類雌激素效應(yīng)的有機(jī)化合物要多于漢江水源水.不同水文期長(zhǎng)江、漢江水中有機(jī)物類雌激素效應(yīng)強(qiáng)弱的差異可能與其水量或水質(zhì)的變化有關(guān),具體原因有待進(jìn)一步研究.

4 結(jié)論

4.1 長(zhǎng)江和漢江自來水中有機(jī)物的致突變比活性強(qiáng)度均高于水源水.

4.2 漢江水源水及其出廠水中有機(jī)物的致突變比活性在整體趨勢(shì)上高于長(zhǎng)江水.

4.3 水中有機(jī)物的致突變作用為陽性的長(zhǎng)江、漢江水樣,2L水中的有機(jī)物致即可對(duì)TA98(-S9)具有致突變作用,水中的致突變有機(jī)物主要為移碼型直接致突變物.

4.4 長(zhǎng)江和漢江水源水中有機(jī)物具有類雌激素效應(yīng),而自來水(自來水廠出廠水、末梢水)在水量為250mL時(shí)未呈現(xiàn)類雌激素效應(yīng).

4.5 通過對(duì)兩年不同水文期水樣致突變性檢測(cè)結(jié)果的比較,平水期長(zhǎng)江水中有機(jī)物的致突變性最強(qiáng),而漢江水中有機(jī)物的致突變性在枯水期和豐水期最強(qiáng).

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Comparison of the biotoxicity of organic compounds in source and tap water from the Yangtze and Han River.

DONG Xiao-rong1, YANG Xiao-ming1, LU Yi1, MA Kun-peng1, BAO Jie2, ZHANG Hao-tian2, TANG Fei1*(1.Institute of Environmental Medicine, Ministry of Education, Key Laboratory of Environmental and Health, School of Public Health, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430030, China；2.Center of Water Quality Monitoring, Wuhan Water Group Company Limited, Wuhan 430034,China). China Environmental Science, 2010,30(2)：263～268

The nonvolatile organic compounds (NVOCs) in samples of the source water and tap water from the Yangtze and Han River in Wuhan were absorbed by XAD-2 resin and eluted sequentially with dichloromethane followed by acetone. After evaporation to dryness, the mutagenic and estrogenic activity of the extracts were detected and compared by Ames test and YES. The results showed in normal flow period in 2008, the NVOCs of finished water of Yangtze River was negative to TA98 with S9. The other water samples were positive whether with or without S9. In high flow period, each water sample were positive to TA98 with or without S9 except the source water of Yangtze River. In low flow period, only the finished water and the terminal tap water of Yangtze River were positive to TA98 without S9. Each water sample from different hydroperiods was negative to TA100 with or without S9. Both the NVOCs in source water of the Yangtze River and the Han River showed the estrogenic activity in normal flow period and the estrogenic activity of Yangtze River was higher than Han River. No water sample showed estrogenic activity in high flow period while in low flow period only source water of Yangtze River presented the estrogenic activity. The mutagenicity of the tap water was higher than that of source water in Yangtze and Han River. The Ames results showed that the mutagenicity of Han River was higher than that of Yangtze River and the NVOCs mainly contained frameshift mutagens. The estrogenic activity of NVOCs was only found in some source water and it became negative after treated by the routine process of water works.

Yangtze River；Han River；source water；tap water；nonvolatile organic compounds；Ames test；recombinant yeast estrogen screen

X522

A

1000-6923(2010)02-0263-06

2009-07-14

武漢市建設(shè)科研項(xiàng)目(200734)

* 責(zé)任作者, 教授, feitang00@126.com

致謝：本研究得到武漢市水務(wù)集團(tuán)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中心及有關(guān)自來水廠的協(xié)助,在此謹(jǐn)致以衷心的感謝.

董小蓉(1981-),女,湖北宜昌人,碩士,主要從事環(huán)境醫(yī)學(xué)研究.