利用白花紫露草根尖微核技术监测武汉南湖水质的污染

刘 虹, 方海龙，李 炎，赵 旺，肖 猛

(中南民族大学 生命科学学院南方少数民族地区生物资源保护与综合利用联合工程中心，武汉 430074)

微核技术是一种微核毒理方面短期致突变的试验方法，可用于化合物致突变检测以及环境污染检测等[1，2]. 植物微核技术可直接反映污染物对生物遗传物质的影响，通过观察统计微核的数量可评估环境污染导致植物染色体畸变的程度，从而间接地反映环境污染的严重性[3]. 植物微核技术测定的是细胞染色体受损伤的程度，它更接近于污染物对生物和人类的危害，具有化学监测和物理监测所不能达到的效果[4].作为一种有效的生物测试方法该技术广泛用于水质污染监测，并作为许多国家常规指标和水环境监测的规范化方法之一[5,6].

南湖是武汉市主要湖泊之一，水域面积763.96 hm2, 为武汉中心城区内20多个湖泊中的第2大湖泊.南湖周边现有24个主要排污口，占全市入湖污水总量的30 %. 每日约1×105t生活污水排入其中，南湖水质现已降为劣5类，重金属以及氮磷等物质含量超标，大面积翻塘死鱼事件经常发生，此现状主要为生活污水导致南湖水质恶化所致[7,8].

近年来，利用紫露草、蚕豆根尖细胞微核技术监测湖泊、河流污染等方面的研究多有报道[9-11]. 白花紫露草(Tradescantiafluminensis)为鸭跖草科紫露草属植物，匍匐生长，茎节处生根容易[12]，实验取材方便.白花紫露草的生命力较强，在污水中能较好的存活，产生微核的灵敏度和稳定性较高，其生理活性可直观地反映污水对植物细胞的影响.本研究通过统计白花紫露草根尖中分生组织的细胞有丝分裂形成微核的原理，动态监测南湖一年中不同季节的水质污染及其总体水质对植物的危害程度.

1 材料与方法

1.1 实验材料

白花紫露草(Tradescantiafluminensis)，材料来源于武汉郊区的野生物种，后引种栽培至中南民族大学温室.

1.2 实验方法

1.2.1 水样的采集

分4个时间段采集南湖水样: 2009年9月、2009年12月、2010年3月、2010年6月.围绕整体形状呈偏长方形的南湖水域共采集水样20个/时间段，至少500 mL/水样，具体水样分布地点见图1，采样地点：1和2为弘博软件附近；4～7为住宅区和商业区；8～10为中南财经政法大学附近；3、11～14为华中农业大学附近；15～20为中南民族大学校区.

图1 南湖湖区水样点分布

1.2.2 白花紫露草根尖的培养

20 ℃下，截取来自同一生境的白花紫露草匍匐茎若干段，置于不同水体中培养根尖，待根尖长至1.5～2.0 cm，取根尖备用.实验组白花紫露草直接采用各南湖水样进行培养；阴性对照组白花紫露草始终采用自来水培养；阳性对照组则自来水培养72 h后转而0.01 %HgCl2培养1 h ，冲洗干净后恢复自来水培养.

1.2.3 显微制片处理

用刀片截取长度为1.5～2.0 cm的根尖，卡诺固定液固定24 h后用75 %酒精保存，蒸馏水冲洗后用1 % HCl于60 ℃下水解10 min，用蒸馏水冲洗3次，再用1 %番红染液浸染10 min.

1.2.4 统计数据

阴性对照组和阳性对照组均统计30个根尖的微核率，实验组每个时间段内20个地点的水样中，每个时间地点的水样设置4个重复. 照此，对1年中每个地点的水样共统计16个根尖细胞中的微核千分率即每一千个细胞中所观察到的微核总数(微核率, 微核‰).

2 结果

白花紫露草的植物形态及根尖培养等见图2(A～C); 图3为不同水样处理后白花紫露草的根尖细胞中形成的微核. 其中，图3A和3B为南湖水样处理后白花紫露草的根尖细胞中形成的微核；图3C 为0.01%的HgCl2处理后的根尖细胞中形成的微核.

南湖水样处理后平均微核率以及阳性、阴性对照结果见图4. 阴性对照组中微核率为3 ‰；阳性对照组中微核率为35 ‰，而实验组结果中南湖水样年平均微核率为22.12 ‰，四季平均微核率分别为：春季17.87 ‰；夏季27.00 ‰；秋季28.25 ‰；冬季15.36 ‰.

南湖各样点水样平均微核率在4个不同季节的比较见图5. 总体而言，夏、秋季水样培养根尖的微核率明显高于春、冬季的数据，冬季南湖水样污染率最低.

A,B)从野外移栽至温室的白花紫露草；C)根尖的培养

A,B)南湖水样处理后形成的微核；C)0.01%的HgCl2 处理后形成的微核

3 讨论

由图4可知，南湖水样年平均微核率为22.12 ‰，明显高于阴性对照微核率(3 ‰)，而偏低于阳性对照微核率(32 ‰), 由此表明南湖水体的污染程度十分严重.南湖水质在秋季的污染程度最高，夏季其次，而冬、春季节的微核率偏低，污染相对缓和，总体而言，夏、秋季污染明显较冬、春季严重.

NC为阴性对照；PC为阳性对照

图5 南湖20个样点水样不同季节的微核率.

由图5可知，18号水样年平均微核率最高，为32 ‰. 分析其因， 18号水样取样点恰位于中南民族大学生命科学学院与校图书馆之间一大型排污口附近，该学院实验等所使用的某些化学液体大部分不经回收处理而直接进入下水道并由此排污口进入南湖. 该排污口附近水体混浊发黑，湖面上经常漂浮大量污物，虽经数次打捞排污，但效果仍不见佳，因而此样点处水质污染程度居首；居二的为11号和19号水样, 平均微核率为28 ‰. 相对于其他样点, 此2处样点也恰位于排污口附近.由此推测，除不容忽视的化学类试剂的污染外，生活污水直接排入南湖为其水质恶化主要原因之一; 综合其它样点结果而论，各水样点污染有着明显的区域分布：水样1～7号取样点为住宅商业区，水样10～12号、16～20取样点均为高校区，其为污染程度最严重区域，由此表明水体污染程度与人口分布疏密密切相关.

就冬季而言(见图4和图5)，中南民族大学南湖段水质有了相对性的局部改善，而水样5～7号3处商业住宅区的水质污染仍较严重，微核率均高于20 ‰，分析其因，冬季学校多为假期，用水量较秋季明显减少，其污水排放量也相对减少，而季节对商业住宅区的用水情况影响不大，加之冬季水中藻类对有毒物质的分解速度减小，使之目标水样点一带的污染程度仍较严重. 结合二者因素可知：秋季、夏季南湖水体的污染普遍严重，各个水样点受污染程度均超过中度，且无论小湖区抑或大湖区均产生大片水华现象，并伴有大量鱼类成群死亡，此情况与微核测定的结果相符.

4 结语

本研究表明，南湖的整体水质仍然较差，整个湖区为中度以上污染，少数区域为重度污染. 由于南湖位于人口密集区，湖水水质与当地居民的健康息息相关，须引起当地有关部门重视，及时加以治理. 南湖水质的改善，须首先禁止将生活污水直接排放其中，尤其在人口密度较高的高校和商业街以及住宅小区附近，更须重点监督；其次严禁直接将生物、化学类实验课使用的化学药品试剂不加有效处理而直接排放.

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