王 超，阮鴻潔，豆捷雄，段 鏈，張宏偉*

（中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所，北京 100021）

采用蠶豆根尖微核試驗檢測自來水廠水體的遺傳毒性

王 超，阮鴻潔，豆捷雄，段 鏈，張宏偉*

（中國疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所，北京 100021）

飲用水與人類健康和生活密切相關(guān)。我國的飲水衛(wèi)生現(xiàn)狀表明，飲用水的生物性污染和化學(xué)性污染是同時存在的，但飲用水對健康的不良影響，除了水質(zhì)被污染的原因外，還有其他一些原因[1]。氯化消毒是我國沿用多年且仍普遍采用的自來水消毒技術(shù)，而且日常飲用水化學(xué)污染物對健康的危害成了城市飲水安

全面臨的首要問題[2]。目前的一些研究主要是評價城市地表水(江、河、湖泊等)的致突變性，對城市飲用水凈化系統(tǒng)的安全性評價研究還非常有限[3]。蠶豆根尖微核檢測技術(shù)利用蠶豆初生根尖細(xì)胞對誘導(dǎo)物反應(yīng)敏感的特點，以細(xì)胞染色體受損傷程度為指標(biāo)，用于檢測污染物對環(huán)境污染的程度，能更好地反映污染物對生物和人類的危害狀況，具有化學(xué)監(jiān)測不能達(dá)到的效果，其取材簡便，不受季節(jié)和氣候條件限制而廣泛應(yīng)用于各種污染物的遺傳性檢測[4-5]。本文選取了北方A、B、C 3個城市6座自來水廠的水源水、出廠水、末梢水共12個水樣，分別利用蠶豆根尖細(xì)胞微核試驗進(jìn)行了遺傳毒性檢測。該方法簡單、靈敏，可有效的評價飲用水凈化系統(tǒng)潛在的遺傳毒性效應(yīng)，為評價城市飲用水水質(zhì)，保障居民的安全用水提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

松滋青皮蠶豆選用常州市環(huán)境監(jiān)測中心培植的松滋青皮蠶豆。無水乙醇、醋酸、鹽酸等均為市售國產(chǎn)分析純?？ㄖZ氏固定液(乙醇和冰醋酸按照體積比3∶1配制)，席夫(Schiff)試劑購自南京森貝伽生物科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 采樣點的布設(shè)和水樣采集 于2015年4月份分別選擇A、B、C 3市共6個自來水廠作為采樣點，這些自來水廠水質(zhì)處理均采用絮凝沉淀與過濾后氯化消毒凈化工藝。水樣采集共設(shè)3個采樣點，分別為待凈化工藝處理的水廠水源水、經(jīng)氯化消毒后的出廠水以及管網(wǎng)末梢水。A、B、C 3市自來水廠水源水分別為：地下水、周邊水庫水以及南水北調(diào)水的混合水；南水北調(diào)水以及灤河河水的混合水；水庫水。各水廠具體的氯化消毒工藝為：A市4座水廠均采用次氯酸鈉消毒；B市為氯胺消毒；C市為二氧化氯消毒。每個采樣點平行取3個水樣，每個水樣100mL，裝于潔凈棕色玻璃瓶中，并置于4℃冰箱中避光保存，盡快分析。去離子水作為陰性對照。A市采集了自來水1廠的出廠水、2廠出廠水、3廠水源水與出廠水、4廠出廠水與末梢水。B市采集了某水廠的水源水、出廠水及末梢水。C市采集了某水廠的水源水、出廠水及末梢水作為檢測對象。

1.2.2 蠶豆根尖的培養(yǎng)及處理 蠶豆根尖微核實驗的實驗方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法(第4版)》(2002)測定[6]。將蠶豆于25℃恒溫箱中浸泡24h后催芽，待初生根長至2～3 cm，選取初生根尖生長良好，根長一致的種子放入盛有被測液的培養(yǎng)皿中，被測液浸沒根尖即可，染毒24h。將染毒后的種子用蒸餾水浸洗3次，置于恒溫培養(yǎng)箱中25℃下恢復(fù)培養(yǎng)24h。將恢復(fù)培養(yǎng)后的種子，從根尖頂端切下長1 cm左右的幼根，卡諾氏固定液固定22～24h。固定后的根尖如不及時制片，可換入70%乙醇中，置4℃冰箱中保存?zhèn)溆谩９潭ê玫挠赘谜麴s水浸洗兩次，用5mol/L鹽酸于28℃水解約15min，至幼根被軟化即可。蒸餾水浸洗2次，席夫試劑染色10min，二氧化硫洗滌液浸洗幼根兩次，蒸餾水浸洗1次，將幼根放入新?lián)Q的蒸餾水中，置于4℃冰箱內(nèi)保存，可供隨時制片之用。將幼根放在擦凈的載玻片上，用解剖針截下1mm左右的根尖。在根尖上滴上少許45%的醋酸溶液，用解剖針將根尖搗碎。然后加蓋一片清潔的蓋玻片，注意不要有氣泡。再在蓋玻片上加一小塊濾紙，輕輕敲打壓片，切勿讓蓋玻片與載玻片之間滑動。

1.2.3 鏡檢計數(shù) 每一處理組觀察3～5個根尖，每個根尖計數(shù)1 000個細(xì)胞中的微核數(shù)。按下式計算微核千分率(micronucleus frequency，MCN，‰)和綜合污染指數(shù)(pollution index，PI)。

MCN=具有微核的細(xì)胞數(shù)/細(xì)胞總數(shù)×1 0 00‰

PI=樣品MCN平均值/陰性對照組MCN平均值

為避免因?qū)嶒灄l件等因素帶來的MCN本底的波動，使用了PI來劃分污染程度。污染指數(shù)的評價：0

1.3 統(tǒng)計分析

實驗結(jié)果采用SPSS 13.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，采用Dunnett’s t檢驗對各染毒組與對照組之間的MCN進(jìn)行統(tǒng)計檢驗，以α=0.05為檢驗水準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 不同自來水廠水樣對蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率的影響

對A市4個自來水廠的6個采樣點，即1廠出廠水，2廠出廠水，3廠水源水和出廠水，4廠出廠水和末梢水進(jìn)行檢測分析。各水樣及去離子水引起的蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率和PI差異顯著性分析結(jié)果如表1所示。其中，3廠出廠水可誘導(dǎo)蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率顯著增加，與陰性對照組相比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，根據(jù)污染指數(shù)判斷屬于中度污染。其余水樣均未引起蠶豆根尖微核千分率增高，均屬于基本無污染。根據(jù)污染指數(shù)來判斷各水樣致突變性強度大小順

序依次為：3廠出廠水>水源水，4廠出廠水>末梢水。

B市某水廠的水源水、出廠水和末梢水，屬于一個完整的自來水處理系統(tǒng)的3種不同水質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行的檢測分析。結(jié)果如表1所示，出廠水可誘導(dǎo)蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率顯著增加，與陰性對照組相比差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，根據(jù)污染指數(shù)判斷屬于輕度污染。末梢水誘導(dǎo)的蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率與對照組相比差異無統(tǒng)計學(xué)意義，其污染指數(shù)為1.5，屬于輕度污染，但是正處于判定屬于輕度污染的臨界點。根據(jù)污染指數(shù)來判斷各水樣致突變性強度大小順序依次為：出廠水>末梢水>水源水。

C市某水廠的水源水、出廠水和末梢水屬于一個完整的自來水處理系統(tǒng)的3種不同水質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行的檢測分析。結(jié)果如表1所示，水源水、出廠水、末梢水致蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率與對照組相比差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，根據(jù)污染指數(shù)判斷均屬于輕度污染。根據(jù)污染指數(shù)來判斷各水樣致突變性強度大小順序依次為：出廠水>末梢水>水源水。

表1 3市自來水廠水樣的微核千分率(MCN)及污染指數(shù)(PI)

2.2 3 市自來水廠水樣處理蠶豆根尖后微核鏡檢結(jié)果

從圖1可知，以3市自來水廠不同采樣點水樣處理蠶豆根尖后，不僅可以誘導(dǎo)根尖細(xì)胞形成微核(圖1A、B)，同時還可以觀察到染色體斷片(圖1C)。

圖1 自來水廠水樣誘發(fā)蠶豆根尖微核圖片及染色體異常(×400)

3 討 論

飲用水水質(zhì)安全與人體健康息息相關(guān)。由于自來水中存在大量氯的衍生物，此類有機物大都呈低劑量、長期暴露的特點，常規(guī)的理化分析不足以對水質(zhì)狀況作出全面的評價。因此，有必要建立一種有效的測試方法評價水中有機物對生物特別是對人體的遺傳毒性，以準(zhǔn)確直觀地反映飲用水對人體健康的潛在危害。植物遺傳毒性實驗技術(shù)對低濃度的有機物非常敏感，可通過微核率、雙核率、有絲分裂指數(shù)、染色體畸變率等一系列指標(biāo)得以體現(xiàn)，是一種快速、有效的體外短期生物學(xué)檢測方法[9]。

本文以蠶豆根尖微核千分率為指標(biāo)，檢測了A市1、2廠出廠水、3廠的水源水和出廠水、4廠的出廠水和末梢水，以及B、C市的屬于一個完整的自來水處理系統(tǒng)的水源水、出廠水和末梢水這3種不同水質(zhì)狀態(tài)，結(jié)果表明，根據(jù)污染指數(shù)來判斷各水樣致突變性強度大小順序依次為：出廠水>末梢水>水源水，認(rèn)為出廠水潛在致突變性最強。這與多數(shù)研究的結(jié)果相同，化學(xué)性消毒處理過程可增強水體的致突變性[10-12]。原因主要是化學(xué)性消毒劑可與存在于水源水中的天然有機物或化學(xué)污染物產(chǎn)生一系列的化學(xué)反應(yīng)形成致突變性的消毒副產(chǎn)物(DBPs)[13-14]。Zeng等[12]利用SOS/Umu試驗、HGPRT基因突變試驗以及微核試驗對武漢自來水廠水樣的遺傳毒性進(jìn)行了監(jiān)測分析，結(jié)果顯示氯化消毒可以增加飲用水的DNA損傷效應(yīng)。這也與本實驗室同時進(jìn)行的SOS/Umu實驗以及彗星實驗結(jié)果一致。

對于B市與C市表現(xiàn)出的末梢水出現(xiàn)遺傳毒性，但卻低于出廠水的現(xiàn)象，可能是因為隨著自來水在管道中持續(xù)流動，氯的某些殘留物因揮發(fā)作用而導(dǎo)致水樣中污染物質(zhì)濃度降低，遺傳毒性減小。但是，自來水在輸送管網(wǎng)中，氯的殘留物可能會和管道壁中的一些化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)，如腐殖酸等有機物氯化脫碳，形成氯仿等三氯甲烷類潛在致突變物質(zhì)，從而導(dǎo)致新的致突變物質(zhì)的產(chǎn)生。自來水在加壓、輸送、儲存等過程中，由于管網(wǎng)的常年使用，管內(nèi)壁上積累了不同程度的有毒有害物質(zhì)，導(dǎo)致水質(zhì)受到污染，表現(xiàn)為蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率的增高[3]。

研究證明，自來水廠廣泛采用的氯化消毒，其處理后的自來水仍舊可以引起較高的微核千分率，即氯化消毒法產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物可能也具有較強的遺傳毒性。故除繼續(xù)保護水源水免受污染外，還應(yīng)進(jìn)一步改善水處理工藝，降低自來水在消毒、輸送過程中產(chǎn)生的毒性效應(yīng)，進(jìn)而保證城市居民的飲水安全。

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Use of the Vicia faba root tipmicronucleus test tomonitor the genotoxicity of tap water

WANG Chao，RUANhongjie，DOU Jiexiong，DUAN Lian，ZHANGhongwei*
(Institute of Environmenthealth and Related Product Safety, Chinese Center for Disease Control and Prevention, Beijing 100021, China)

目的： 利用蠶豆根尖細(xì)胞微核試驗對北方3個城市自來水廠水樣進(jìn)行致突變性檢測。方法：分別采集A、B、C 3個城市自來水廠的水源水、出廠水及末梢水，以采集的水樣直接處理蠶豆根尖，測定各采樣點水樣的蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率以及污染指數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計分析。結(jié)果：A市4個水廠水樣中，3廠出廠水誘導(dǎo)的蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率顯著高于陰性對照組，且呈中度污染，其余水樣所致微核千分率與陰性對照組相比差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，屬于基本無污染。B市出廠水誘導(dǎo)的蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率顯著高于陰性對照組，屬于輕度污染。其余水樣所致微核千分率與陰性對照組相比差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，但末梢水屬于輕度污染，水源水為基本無污染。C市3個水樣所致蠶豆根尖細(xì)胞微核千分率與陰性對照組相比差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，但均屬于輕度污染，污染程度比較為：出廠水>末梢水>水源水。結(jié)論：根據(jù)A、B、C 3個城市自來水廠水樣對蠶豆根尖微核千分率的影響，并據(jù)污染指數(shù)判斷，認(rèn)為出廠水潛在致突變性最強。其中，A市的整體水質(zhì)要優(yōu)于B市和C市。

蠶豆根尖細(xì)胞；微核千分率；自來水廠水樣；水質(zhì)評價

OBJECTIVE:Them icronucleus t est with Vicia faba root tip cells was u sed to study the genotoxicity of tap water from three northern cities.METHODS：12 samples：including the source water，chlorinated water and supply tap water，were c ollected from six waterworksin the northern cities of A ，B，C.The samples were used to treat V icia faba root t ip cells directly.Micronuclei frequencies and pollution index (PI) were determined and statistics analyses were performed to evaluate differencesinmicronuclei rates among different samples.RESULTS：Among the 3 waterworksin city A，the chlorinated water In waterwork # 3 Inducedh igherm icronuclei r ates than the n egative c ontrol，and the P I wasm oderate.O ther water s amples f rom city A did not Inducem icronuclei.In city B ，the chlorinated water Inducedh igherm icronuclei r ate than the negative control，and the PI was slight.The other water samples did not inducemicronuclei.However，the PI for the supply tap water was s light.In city C ，them icronuclei r atesinduced byall 3water samples were not different from thatof the negative control.However，the PI for all samples were slightand the orderof the PI levels was：chlorinated water>supply tap water>source water.CONCLUSION：Based on the evaluation usingmicronuclei rates and PI，themutagenic potential of chlorinated water was the s trongest.In a ddition，the water q uality of city A was better than that in cities Band C .

Vicia faba root tip cells；micronucleus frequency；waterworks sample；water quality evaluation

X824

A

1004-616X(2016)06-0481-04

1 0.3969/j.issn.1004-616x.2016.06.014

2016-09-08；

2016-10-20

國家衛(wèi)生計生委衛(wèi)生公益性行業(yè)科研專項(201302004)

作者信息： 王 超，E-mail：greece-wang@163.com。*通信作者，張宏偉，E-mail：Zhw66@sohu.com。