劉瑞祥，趙　麗，蘭　青，侯繁榮，靳　慧，?；蓰?/p>

(1.長治學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)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(xué)監(jiān)測與評價

劉瑞祥1，趙麗1，蘭青1，侯繁榮1，靳慧1，常惠麗2

(1.長治學(xué)院生物科學(xué)與技術(shù)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(yīng)用蠶豆根尖細(xì)胞微核技術(shù)對長治市6個樣點(diǎn)的地下水水質(zhì)進(jìn)行遺傳毒性檢測。通過觀察計數(shù)蠶豆根尖細(xì)胞微核，以微核千分率和污染指數(shù)為指標(biāo)評價長治市地下水水質(zhì)污染狀況。結(jié)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(diǎn)中，魏村地下水微核千分率最高為8.67±2.27‰，污染指數(shù)(PI=2.0)為輕度污染，其它5個采樣點(diǎn)水質(zhì)基本無污染，地下水水質(zhì)狀況良好，符合國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，可以作為城鄉(xiāng)居民的飲用水源。

[關(guān)鍵詞]地下水；蠶豆；微核技術(shù)；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(jìn)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(bǔ)給來源。由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)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(bǔ)給地下水，造成地下水污染。同時，由于農(nóng)業(yè)上大量使用化肥和農(nóng)藥所造成的面源污染也對地下水構(gòu)成了嚴(yán)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(zhuǎn)性的特點(diǎn)，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(jìn)行地下水毒理學(xué)檢測與評價對該地區(qū)水資源保護(hù)和水質(zhì)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(xiàn)實意義。蠶豆根尖細(xì)胞微核試驗(Micronucleus test, MCNT)技術(shù)是一種以染色體損傷及紡錘絲毒性等為測試終點(diǎn)的植物微核檢測方法，它具有簡便、快速、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，被列為國家監(jiān)測水質(zhì)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(xì)胞微核技術(shù)，對長治市集中式飲用水源地上游沿線的地下水進(jìn)行遺傳毒理學(xué)監(jiān)測與評價。

1材料和方法

1.1材料

供試蠶豆(Vicia faba)網(wǎng)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(diǎn)(圖1)。所選樣點(diǎn)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(jī)設(shè)備，啟動后，先放水?dāng)?shù)分鐘，將積留在管道內(nèi)的雜質(zhì)及陳舊水排出，然后用采樣容器接取水樣。每個樣點(diǎn)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(xì)胞微核試驗

按常規(guī)方法[13]進(jìn)行蠶豆根尖細(xì)胞微核試驗，根尖的染毒處理時間和恢復(fù)培養(yǎng)時間均為24 h。每個樣點(diǎn)鏡檢5條根尖，并計算微核率(MCN‰)和污染指數(shù)(PI)，以蒸餾水作為陰性對照。采用SPSS 17.0軟件對鏡檢所得數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，t 檢驗，α=0.05，檢測各采樣點(diǎn)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(jié)果與分析

2.1不同樣點(diǎn)水樣對蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂的的影響

各采樣點(diǎn)水樣對蠶豆根尖細(xì)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(jìn)行檢驗，結(jié)果顯示，各樣點(diǎn)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(diǎn)水樣對蠶豆根尖細(xì)胞的有絲分裂影響較小。

表1　不同水樣對蠶豆細(xì)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(xì)胞微核率及污染指數(shù)

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

不同采樣點(diǎn)水樣對蠶豆根尖細(xì)胞微核率的影響見表1。由表1可以看出，6個樣點(diǎn)的微核千分率均高于對照組，其中魏村最高為8.67±2.27‰。經(jīng)檢驗，所有樣點(diǎn)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(diǎn)的水質(zhì)污染指數(shù)，根據(jù)PI劃分標(biāo)準(zhǔn)，東旺、故北、故南、王里堡、坡底5個樣點(diǎn)地下水水質(zhì)屬于基本無污染，魏村樣點(diǎn)地下水水質(zhì)屬于輕度污染。

2.3不同樣點(diǎn)水樣對蠶豆根尖細(xì)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(xiàn)象，以每一根尖觀察到的畸變細(xì)胞數(shù)占細(xì)胞總數(shù)的百分比進(jìn)行統(tǒng)計。由表1可知，各樣點(diǎn)水樣對根尖細(xì)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(xiàn)，染色體畸變的幾種類型以染色體斷片數(shù)量較多，其它現(xiàn)象并不多見，尤其是出現(xiàn)染色體橋的現(xiàn)象極為少見，可見對細(xì)胞分裂后期的損傷并不嚴(yán)重。

2.4微核率、染色體畸變率、有絲分裂率相關(guān)性分析

經(jīng)Pearson相關(guān)檢驗，微核率與染色體畸變率呈較強(qiáng)相關(guān)(r=0.736，p<0.05)，細(xì)胞有絲分裂率和微核率、染色體畸變率均呈弱的負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.303、-0.374。即有絲分裂越旺盛，產(chǎn)生微核或染色體損傷的情況越輕，反之，若細(xì)胞的有絲分裂受到嚴(yán)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(xì)胞微核技術(shù)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(diǎn)的地下水水質(zhì)狀況進(jìn)行了遺傳毒性檢測。實驗結(jié)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(diǎn)地下水水質(zhì)狀況良好。

微核的形成是細(xì)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(fù)雜的染色體畸變率。本研究在觀察微核的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步統(tǒng)計總畸變率，并對二者進(jìn)行了比較，實驗指標(biāo)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(shù)據(jù)的波動較大，但是，污染指數(shù)的應(yīng)用可有效地消除以上因素的負(fù)面影響。例如本研究發(fā)現(xiàn)，各樣點(diǎn)水樣的微核率與污染指數(shù)兩項指標(biāo)所反映的結(jié)果并不完全一致，反映在魏村樣點(diǎn)，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(shù)作為評判標(biāo)準(zhǔn)可有效地避免因?qū)嶒灄l件等因素帶來的MCN‰本底值的波動。

據(jù)調(diào)查知悉，采樣點(diǎn)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(chǎn)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(tuán)有限責(zé)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(dǎo)致該村的排水渠道嚴(yán)重堵塞，農(nóng)田地面被淹，農(nóng)田灌溉用水也受到了很大污染。本實驗研究結(jié)果也表明，魏村地下水也受到一定程度的污染，應(yīng)引起有關(guān)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(zhì)優(yōu)劣直接關(guān)乎飲用水安全，6個樣點(diǎn)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(zhì)狀況。

影響細(xì)胞有絲分裂的因素較多，細(xì)胞能否進(jìn)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(xiàn)，重金屬離子可影響細(xì)胞有絲分裂，其機(jī)理是由于重金屬離子在細(xì)胞中破壞了細(xì)胞進(jìn)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(diǎn)水樣對細(xì)胞有絲分裂的影響并不明顯，說明各樣點(diǎn)水質(zhì)良好，對蠶豆根尖細(xì)胞沒有明顯的遺傳毒性。關(guān)于有絲分裂和微核率以及染色體畸變率三者之間的關(guān)系，有關(guān)學(xué)者說法不一。一般來說，細(xì)胞的有絲分裂可通過染色體畸變、微核等細(xì)胞遺傳學(xué)手段進(jìn)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(jié)果表明處理后的根尖分生組織有絲分裂指數(shù)略有增高，誘發(fā)產(chǎn)生了較高頻率的微核細(xì)胞，同時產(chǎn)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(zhì)毒理學(xué)檢測的有效指標(biāo)，同時發(fā)現(xiàn)有絲分裂后期染色體異常細(xì)胞比率也可作為水質(zhì)毒理學(xué)檢測的觀測指標(biāo)。也有學(xué)者認(rèn)為，微核率和染色體畸變是相互獨(dú)立的遺傳毒理學(xué)指標(biāo)體系，根本沒有必要探討三者之間的關(guān)系[18]。本文研究結(jié)果表明有絲分裂和后兩者呈弱的負(fù)相關(guān)，即有絲分裂若受到嚴(yán)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(jié)語

采用蠶豆根尖細(xì)胞微核技術(shù)對長治市周邊地下水6個樣點(diǎn)的監(jiān)測結(jié)果顯示，除魏村為輕度污染外，其余5個樣點(diǎn)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(qiáng)相關(guān)(r=0.736，p<0.05)，二者與細(xì)胞有絲分裂均呈弱的負(fù)相關(guān)，即有絲分裂若受到嚴(yán)重阻礙，則染色體損傷愈嚴(yán)重。

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[收稿日期]2015-11-23

[基金項目]山西省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練重點(diǎn)項目(2015426)；國家級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)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(xué)。

[中圖分類號]P641.8

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

[文章編號]1004-1184(2016)03-0073-03