长治市地下水遗传毒理学监测与评价

刘瑞祥，赵　丽，兰　青，侯繁荣，靳　慧，常惠丽

(1.长治学院生物科学与技术系，山西 长治 046011；2.山西省长治市环境监测站，山西 长治 046000)

长治市地下水遗传毒理学监测与评价

刘瑞祥1，赵丽1，兰青1，侯繁荣1，靳慧1，常惠丽2

(1.长治学院生物科学与技术系，山西 长治 046011；2.山西省长治市环境监测站，山西 长治 046000)

[摘要]应用蚕豆根尖细胞微核技术对长治市6个样点的地下水水质进行遗传毒性检测。通过观察计数蚕豆根尖细胞微核，以微核千分率和污染指数为指标评价长治市地下水水质污染状况。结果表明：东旺村，故南村，故北村，王里堡村，坡底村和魏村6个采样点中，魏村地下水微核千分率最高为8.67±2.27‰，污染指数(PI=2.0)为轻度污染，其它5个采样点水质基本无污染，地下水水质状况良好，符合国家饮用水标准，可以作为城乡居民的饮用水源。

[关键词]地下水；蚕豆；微核技术；评价

地下水是水资源的重要组成部分，我国约有60%的城市利用地下水作为饮用水，70%人口以地下水为主要饮用水源[1-2]。目前，随着我国城市化进程的快速发展，地下水污染问题日益突出。

长治市地处华北地区干旱、半干旱区域，地下水以降水为主要补给来源。由于产业结构以能源、化工、煤炭、冶金为主，大量工矿企业废水和城市污水通过河道渗漏或坑渗补给地下水，造成地下水污染。同时，由于农业上大量使用化肥和农药所造成的面源污染也对地下水构成了严重威胁[3-4]。地下水水体污染不同于地表水水体污染，它具有隐蔽性、延时性和不可逆转性的特点，早期不易被察觉[5]，无形中某些污染物通过食物链间接威胁人类健康[6-8]。由此可见，进行地下水毒理学检测与评价对该地区水资源保护和水质改善、城乡居民饮用水安全保障具有十分重要的理论价值和现实意义。蚕豆根尖细胞微核试验(Micronucleus test, MCNT)技术是一种以染色体损伤及纺锤丝毒性等为测试终点的植物微核检测方法，它具有简便、快速、灵敏度高等优点，被列为国家监测水质污染的规范化方法之一[9-12]。因此，本研究采用蚕豆根尖细胞微核技术，对长治市集中式饮用水源地上游沿线的地下水进行遗传毒理学监测与评价。

1材料和方法

1.1材料

供试蚕豆(Vicia faba)网购于山东省临沂市兰山区小岭村，选取颗粒大小均匀而且饱满、萌发情况正常的蚕豆种子用于实验。

1.2水样采集与处理

2015年3月，选取长治市黄碾镇魏村、故南、故北、坡地、东旺和潞城市王里堡6个样点(图1)。所选样点均为本地区主要城镇居民集中地水源井，井深100～350 m，在监测井水面0.5 m以下取样。采集水样时利用抽水机设备，启动后，先放水数分钟，将积留在管道内的杂质及陈旧水排出，然后用采样容器接取水样。每个样点分别采集500mL水样，密封带回实验室置于4℃冰箱中避光保存备用。

1.3根尖细胞微核试验

按常规方法[13]进行蚕豆根尖细胞微核试验，根尖的染毒处理时间和恢复培养时间均为24 h。每个样点镜检5条根尖，并计算微核率(MCN‰)和污染指数(PI)，以蒸馏水作为阴性对照。采用SPSS 17.0软件对镜检所得数据进行方差分析，t 检验，α=0.05，检测各采样点微核率与对照的差异显著性。

(1)

(2)

其中，PI=0～1.5为基本无污染，PI=1.5～2.0为轻污染，PI=2.0～3.5为中污染，PI>3.5为重污染。

2结果与分析

2.1不同样点水样对蚕豆根尖细胞有丝分裂的的影响

各采样点水样对蚕豆根尖细胞有丝分裂的影响见表1。采用SPSS17.0统计软件对有丝分裂率进行检验，结果显示，各样点有丝分裂率与对照组相比无显著性差异(p>0.05)。说明所取样点水样对蚕豆根尖细胞的有丝分裂影响较小。

表1　不同水样对蚕豆细胞有丝分裂率、微核率、染色体畸变率的影响

2.2不同水样处理后的蚕豆根尖细胞微核率及污染指数

本实验对长治市周边6个采样点的微核千分率(MCN‰)和污染指数(PI)进行测定，其对照组微核率，即用蒸馏水处理的蚕豆根尖细胞微核率为4.43±1.64‰。根据我国在1986年颁布的《环境监测技术规范》，对照组微核率本底值在10‰以下时，符合标准实验条件[14]。故本实验采用蒸馏水为阴性对照符合标准实验条件。

不同采样点水样对蚕豆根尖细胞微核率的影响见表1。由表1可以看出，6个样点的微核千分率均高于对照组，其中魏村最高为8.67±2.27‰。经检验，所有样点微核率与对照组相比均无显著性差异(p>0.05)。

通过公式(2)计算得到不同采样点的水质污染指数，根据PI划分标准，东旺、故北、故南、王里堡、坡底5个样点地下水水质属于基本无污染，魏村样点地下水水质属于轻度污染。

2.3不同样点水样对蚕豆根尖细胞染色体畸变率的影响

染色体畸变包括微核、染色体断片、核出芽、染色体桥等畸变现象，以每一根尖观察到的畸变细胞数占细胞总数的百分比进行统计。由表1可知，各样点水样对根尖细胞染色体畸变率的影响较轻，与对照组相比均无显著性差异(p>0.05)。在实验中发现，染色体畸变的几种类型以染色体断片数量较多，其它现象并不多见，尤其是出现染色体桥的现象极为少见，可见对细胞分裂后期的损伤并不严重。

2.4微核率、染色体畸变率、有丝分裂率相关性分析

经Pearson相关检验，微核率与染色体畸变率呈较强相关(r=0.736，p<0.05)，细胞有丝分裂率和微核率、染色体畸变率均呈弱的负相关，相关系数分别为-0.303、-0.374。即有丝分裂越旺盛，产生微核或染色体损伤的情况越轻，反之，若细胞的有丝分裂受到严重影响，则染色体受损的程度亦加重。

3讨论

本实验采用蚕豆根尖细胞微核技术对长治市黄碾镇东旺、故南、故北、坡底、魏村和潞城王里堡6个采样点的地下水水质状况进行了遗传毒性检测。实验结果表明，微核率、染色体畸变率与对照组比较差异均不显著(p>0.05)，说明6个样点地下水水质状况良好。

微核的形成是细胞染色体受到损伤的直接反映，相对于染色体畸变更加易于观察和统计，故国际上以微核率来代替复杂的染色体畸变率。本研究在观察微核的基础上，进一步统计总畸变率，并对二者进行了比较，实验指标更加全面，更能反映实际情况。由于微核率的统计受实验材料、实验条件等诸多方面的影响，特别是受实验品种本底值的影响，使实验数据的波动较大，但是，污染指数的应用可有效地消除以上因素的负面影响。例如本研究发现，各样点水样的微核率与污染指数两项指标所反映的结果并不完全一致，反映在魏村样点，前者判别为基本无污染，而依后者则判别为轻度污染，可见以污染指数作为评判标准可有效地避免因实验条件等因素带来的MCN‰本底值的波动。

据调查知悉，采样点所在地黄碾镇是长治市郊区的中心区域，由于地理位置优越，近年来兴建了以煤化工产业为主的多个工业园区，其中黄碾镇魏村是首钢长钢公司和山西潞安矿业集团有限责任公司所在地，这两大企业常年排放工业废水和生活污水，导致该村的排水渠道严重堵塞，农田地面被淹，农田灌溉用水也受到了很大污染。本实验研究结果也表明，魏村地下水也受到一定程度的污染，应引起有关部门的高度重视。王里堡位于长治市集中式饮用水源地的中心区域，该区域地下水水质优劣直接关乎饮用水安全，6个样点全部位于水源地上游沿线，在一定程度上可反映水源地周边的地下水水质状况。

影响细胞有丝分裂的因素较多，细胞能否进行正常的有丝分裂是判断遗传毒性的一个重要方面。王宏镔等[15]发现，重金属离子可影响细胞有丝分裂，其机理是由于重金属离子在细胞中破坏了细胞进行有丝分裂的组件，如抑制纺锤丝的形成或收缩、阻碍微管的形成等。本实验中，6个样点水样对细胞有丝分裂的影响并不明显，说明各样点水质良好，对蚕豆根尖细胞没有明显的遗传毒性。关于有丝分裂和微核率以及染色体畸变率三者之间的关系，有关学者说法不一。一般来说，细胞的有丝分裂可通过染色体畸变、微核等细胞遗传学手段进行监测。李宏[16]以蚕豆根尖为材料，研究了自来水的诱变作用，结果表明处理后的根尖分生组织有丝分裂指数略有增高，诱发产生了较高频率的微核细胞，同时产生了多种类型的染色体畸变。刘瑞祥等[17]研究表明，微核是水质毒理学检测的有效指标，同时发现有丝分裂后期染色体异常细胞比率也可作为水质毒理学检测的观测指标。也有学者认为，微核率和染色体畸变是相互独立的遗传毒理学指标体系，根本没有必要探讨三者之间的关系[18]。本文研究结果表明有丝分裂和后两者呈弱的负相关，即有丝分裂若受到严重阻碍，则由于染色体损伤而造成的微核率和染色体畸变率有可能提高。

4结语

采用蚕豆根尖细胞微核技术对长治市周边地下水6个样点的监测结果显示，除魏村为轻度污染外，其余5个样点基本无污染，可作为城乡居民饮用水源。

微核率与染色体畸变率呈较强相关(r=0.736，p<0.05)，二者与细胞有丝分裂均呈弱的负相关，即有丝分裂若受到严重阻碍，则染色体损伤愈严重。

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[收稿日期]2015-11-23

[基金项目]山西省高等学校大学生创新创业训练重点项目(2015426)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201510122001)

[作者简介]刘瑞祥(1964-)，男，山西昔阳人，教授，研究方向：遗传毒理学。

[中图分类号]P641.8

[文献标识码]A

[文章编号]1004-1184(2016)03-0073-03