劉瑞祥，趙　麗，蘭　青，侯繁榮，靳　慧，?；蓰?/p>

(1.長治學院生物科學與技術系，山西 長治 046011；2.山西省長治市環(huán)境監(jiān)測站，山西 長治 046000)

長治市地下水遺傳毒理學監(jiān)測與評價

劉瑞祥1，趙麗1，蘭青1，侯繁榮1，靳慧1，?；蓰?

(1.長治學院生物科學與技術系，山西 長治 046011；2.山西省長治市環(huán)境監(jiān)測站，山西 長治 046000)

[摘要]應用蠶豆根尖細胞微核技術對長治市6個樣點的地下水水質進行遺傳毒性檢測。通過觀察計數蠶豆根尖細胞微核，以微核千分率和污染指數為指標評價長治市地下水水質污染狀況。結果表明：東旺村，故南村，故北村，王里堡村，坡底村和魏村6個采樣點中，魏村地下水微核千分率最高為8.67±2.27‰，污染指數(PI=2.0)為輕度污染，其它5個采樣點水質基本無污染，地下水水質狀況良好，符合國家飲用水標準，可以作為城鄉(xiāng)居民的飲用水源。

[關鍵詞]地下水；蠶豆；微核技術；評價

地下水是水資源的重要組成部分，我國約有60%的城市利用地下水作為飲用水，70%人口以地下水為主要飲用水源[1-2]。目前，隨著我國城市化進程的快速發(fā)展，地下水污染問題日益突出。

長治市地處華北地區(qū)干旱、半干旱區(qū)域，地下水以降水為主要補給來源。由于產業(yè)結構以能源、化工、煤炭、冶金為主，大量工礦企業(yè)廢水和城市污水通過河道滲漏或坑滲補給地下水，造成地下水污染。同時，由于農業(yè)上大量使用化肥和農藥所造成的面源污染也對地下水構成了嚴重威脅[3-4]。地下水水體污染不同于地表水水體污染，它具有隱蔽性、延時性和不可逆轉性的特點，早期不易被察覺[5]，無形中某些污染物通過食物鏈間接威脅人類健康[6-8]。由此可見，進行地下水毒理學檢測與評價對該地區(qū)水資源保護和水質改善、城鄉(xiāng)居民飲用水安全保障具有十分重要的理論價值和現實意義。蠶豆根尖細胞微核試驗(Micronucleus test, MCNT)技術是一種以染色體損傷及紡錘絲毒性等為測試終點的植物微核檢測方法，它具有簡便、快速、靈敏度高等優(yōu)點，被列為國家監(jiān)測水質污染的規(guī)范化方法之一[9-12]。因此，本研究采用蠶豆根尖細胞微核技術，對長治市集中式飲用水源地上游沿線的地下水進行遺傳毒理學監(jiān)測與評價。

1材料和方法

1.1材料

供試蠶豆(Vicia faba)網購于山東省臨沂市蘭山區(qū)小嶺村，選取顆粒大小均勻而且飽滿、萌發(fā)情況正常的蠶豆種子用于實驗。

1.2水樣采集與處理

2015年3月，選取長治市黃碾鎮(zhèn)魏村、故南、故北、坡地、東旺和潞城市王里堡6個樣點(圖1)。所選樣點均為本地區(qū)主要城鎮(zhèn)居民集中地水源井，井深100～350 m，在監(jiān)測井水面0.5 m以下取樣。采集水樣時利用抽水機設備，啟動后，先放水數分鐘，將積留在管道內的雜質及陳舊水排出，然后用采樣容器接取水樣。每個樣點分別采集500mL水樣，密封帶回實驗室置于4℃冰箱中避光保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3根尖細胞微核試驗

按常規(guī)方法[13]進行蠶豆根尖細胞微核試驗，根尖的染毒處理時間和恢復培養(yǎng)時間均為24 h。每個樣點鏡檢5條根尖，并計算微核率(MCN‰)和污染指數(PI)，以蒸餾水作為陰性對照。采用SPSS 17.0軟件對鏡檢所得數據進行方差分析，t 檢驗，α=0.05，檢測各采樣點微核率與對照的差異顯著性。

(1)

(2)

其中，PI=0～1.5為基本無污染，PI=1.5～2.0為輕污染，PI=2.0～3.5為中污染，PI>3.5為重污染。

2結果與分析

2.1不同樣點水樣對蠶豆根尖細胞有絲分裂的的影響

各采樣點水樣對蠶豆根尖細胞有絲分裂的影響見表1。采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件對有絲分裂率進行檢驗，結果顯示，各樣點有絲分裂率與對照組相比無顯著性差異(p>0.05)。說明所取樣點水樣對蠶豆根尖細胞的有絲分裂影響較小。

表1　不同水樣對蠶豆細胞有絲分裂率、微核率、染色體畸變率的影響

2.2不同水樣處理后的蠶豆根尖細胞微核率及污染指數

本實驗對長治市周邊6個采樣點的微核千分率(MCN‰)和污染指數(PI)進行測定，其對照組微核率，即用蒸餾水處理的蠶豆根尖細胞微核率為4.43±1.64‰。根據我國在1986年頒布的《環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》，對照組微核率本底值在10‰以下時，符合標準實驗條件[14]。故本實驗采用蒸餾水為陰性對照符合標準實驗條件。

不同采樣點水樣對蠶豆根尖細胞微核率的影響見表1。由表1可以看出，6個樣點的微核千分率均高于對照組，其中魏村最高為8.67±2.27‰。經檢驗，所有樣點微核率與對照組相比均無顯著性差異(p>0.05)。

通過公式(2)計算得到不同采樣點的水質污染指數，根據PI劃分標準，東旺、故北、故南、王里堡、坡底5個樣點地下水水質屬于基本無污染，魏村樣點地下水水質屬于輕度污染。

2.3不同樣點水樣對蠶豆根尖細胞染色體畸變率的影響

染色體畸變包括微核、染色體斷片、核出芽、染色體橋等畸變現象，以每一根尖觀察到的畸變細胞數占細胞總數的百分比進行統(tǒng)計。由表1可知，各樣點水樣對根尖細胞染色體畸變率的影響較輕，與對照組相比均無顯著性差異(p>0.05)。在實驗中發(fā)現，染色體畸變的幾種類型以染色體斷片數量較多，其它現象并不多見，尤其是出現染色體橋的現象極為少見，可見對細胞分裂后期的損傷并不嚴重。

2.4微核率、染色體畸變率、有絲分裂率相關性分析

經Pearson相關檢驗，微核率與染色體畸變率呈較強相關(r=0.736，p<0.05)，細胞有絲分裂率和微核率、染色體畸變率均呈弱的負相關，相關系數分別為-0.303、-0.374。即有絲分裂越旺盛，產生微核或染色體損傷的情況越輕，反之，若細胞的有絲分裂受到嚴重影響，則染色體受損的程度亦加重。

3討論

本實驗采用蠶豆根尖細胞微核技術對長治市黃碾鎮(zhèn)東旺、故南、故北、坡底、魏村和潞城王里堡6個采樣點的地下水水質狀況進行了遺傳毒性檢測。實驗結果表明，微核率、染色體畸變率與對照組比較差異均不顯著(p>0.05)，說明6個樣點地下水水質狀況良好。

微核的形成是細胞染色體受到損傷的直接反映，相對于染色體畸變更加易于觀察和統(tǒng)計，故國際上以微核率來代替復雜的染色體畸變率。本研究在觀察微核的基礎上，進一步統(tǒng)計總畸變率，并對二者進行了比較，實驗指標更加全面，更能反映實際情況。由于微核率的統(tǒng)計受實驗材料、實驗條件等諸多方面的影響，特別是受實驗品種本底值的影響，使實驗數據的波動較大，但是，污染指數的應用可有效地消除以上因素的負面影響。例如本研究發(fā)現，各樣點水樣的微核率與污染指數兩項指標所反映的結果并不完全一致，反映在魏村樣點，前者判別為基本無污染，而依后者則判別為輕度污染，可見以污染指數作為評判標準可有效地避免因實驗條件等因素帶來的MCN‰本底值的波動。

據調查知悉，采樣點所在地黃碾鎮(zhèn)是長治市郊區(qū)的中心區(qū)域，由于地理位置優(yōu)越，近年來興建了以煤化工產業(yè)為主的多個工業(yè)園區(qū)，其中黃碾鎮(zhèn)魏村是首鋼長鋼公司和山西潞安礦業(yè)集團有限責任公司所在地，這兩大企業(yè)常年排放工業(yè)廢水和生活污水，導致該村的排水渠道嚴重堵塞，農田地面被淹，農田灌溉用水也受到了很大污染。本實驗研究結果也表明，魏村地下水也受到一定程度的污染，應引起有關部門的高度重視。王里堡位于長治市集中式飲用水源地的中心區(qū)域，該區(qū)域地下水水質優(yōu)劣直接關乎飲用水安全，6個樣點全部位于水源地上游沿線，在一定程度上可反映水源地周邊的地下水水質狀況。

影響細胞有絲分裂的因素較多，細胞能否進行正常的有絲分裂是判斷遺傳毒性的一個重要方面。王宏鑌等[15]發(fā)現，重金屬離子可影響細胞有絲分裂，其機理是由于重金屬離子在細胞中破壞了細胞進行有絲分裂的組件，如抑制紡錘絲的形成或收縮、阻礙微管的形成等。本實驗中，6個樣點水樣對細胞有絲分裂的影響并不明顯，說明各樣點水質良好，對蠶豆根尖細胞沒有明顯的遺傳毒性。關于有絲分裂和微核率以及染色體畸變率三者之間的關系，有關學者說法不一。一般來說，細胞的有絲分裂可通過染色體畸變、微核等細胞遺傳學手段進行監(jiān)測。李宏[16]以蠶豆根尖為材料，研究了自來水的誘變作用，結果表明處理后的根尖分生組織有絲分裂指數略有增高，誘發(fā)產生了較高頻率的微核細胞，同時產生了多種類型的染色體畸變。劉瑞祥等[17]研究表明，微核是水質毒理學檢測的有效指標，同時發(fā)現有絲分裂后期染色體異常細胞比率也可作為水質毒理學檢測的觀測指標。也有學者認為，微核率和染色體畸變是相互獨立的遺傳毒理學指標體系，根本沒有必要探討三者之間的關系[18]。本文研究結果表明有絲分裂和后兩者呈弱的負相關，即有絲分裂若受到嚴重阻礙，則由于染色體損傷而造成的微核率和染色體畸變率有可能提高。

4結語

采用蠶豆根尖細胞微核技術對長治市周邊地下水6個樣點的監(jiān)測結果顯示，除魏村為輕度污染外，其余5個樣點基本無污染，可作為城鄉(xiāng)居民飲用水源。

微核率與染色體畸變率呈較強相關(r=0.736，p<0.05)，二者與細胞有絲分裂均呈弱的負相關，即有絲分裂若受到嚴重阻礙，則染色體損傷愈嚴重。

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[收稿日期]2015-11-23

[基金項目]山西省高等學校大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練重點項目(2015426)；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201510122001)

[作者簡介]劉瑞祥(1964-)，男，山西昔陽人，教授，研究方向：遺傳毒理學。

[中圖分類號]P641.8

[文獻標識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)03-0073-03