采用蚕豆根尖微核试验检测自来水厂水体的遗传毒性

王 超，阮鸿洁，豆捷雄，段 链，张宏伟*

（中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所，北京 100021）

采用蚕豆根尖微核试验检测自来水厂水体的遗传毒性

王 超，阮鸿洁，豆捷雄，段 链，张宏伟*

（中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所，北京 100021）

饮用水与人类健康和生活密切相关。我国的饮水卫生现状表明，饮用水的生物性污染和化学性污染是同时存在的，但饮用水对健康的不良影响，除了水质被污染的原因外，还有其他一些原因[1]。氯化消毒是我国沿用多年且仍普遍采用的自来水消毒技术，而且日常饮用水化学污染物对健康的危害成了城市饮水安

全面临的首要问题[2]。目前的一些研究主要是评价城市地表水(江、河、湖泊等)的致突变性，对城市饮用水净化系统的安全性评价研究还非常有限[3]。蚕豆根尖微核检测技术利用蚕豆初生根尖细胞对诱导物反应敏感的特点，以细胞染色体受损伤程度为指标，用于检测污染物对环境污染的程度，能更好地反映污染物对生物和人类的危害状况，具有化学监测不能达到的效果，其取材简便，不受季节和气候条件限制而广泛应用于各种污染物的遗传性检测[4-5]。本文选取了北方A、B、C 3个城市6座自来水厂的水源水、出厂水、末梢水共12个水样，分别利用蚕豆根尖细胞微核试验进行了遗传毒性检测。该方法简单、灵敏，可有效的评价饮用水净化系统潜在的遗传毒性效应，为评价城市饮用水水质，保障居民的安全用水提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

松滋青皮蚕豆选用常州市环境监测中心培植的松滋青皮蚕豆。无水乙醇、醋酸、盐酸等均为市售国产分析纯。卡诺氏固定液(乙醇和冰醋酸按照体积比3∶1配制)，席夫(Schiff)试剂购自南京森贝伽生物科技有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 采样点的布设和水样采集 于2015年4月份分别选择A、B、C 3市共6个自来水厂作为采样点，这些自来水厂水质处理均采用絮凝沉淀与过滤后氯化消毒净化工艺。水样采集共设3个采样点，分别为待净化工艺处理的水厂水源水、经氯化消毒后的出厂水以及管网末梢水。A、B、C 3市自来水厂水源水分别为：地下水、周边水库水以及南水北调水的混合水；南水北调水以及滦河河水的混合水；水库水。各水厂具体的氯化消毒工艺为：A市4座水厂均采用次氯酸钠消毒；B市为氯胺消毒；C市为二氧化氯消毒。每个采样点平行取3个水样，每个水样100mL，装于洁净棕色玻璃瓶中，并置于4℃冰箱中避光保存，尽快分析。去离子水作为阴性对照。A市采集了自来水1厂的出厂水、2厂出厂水、3厂水源水与出厂水、4厂出厂水与末梢水。B市采集了某水厂的水源水、出厂水及末梢水。C市采集了某水厂的水源水、出厂水及末梢水作为检测对象。

1.2.2 蚕豆根尖的培养及处理 蚕豆根尖微核实验的实验方法参照《水和废水监测分析方法(第4版)》(2002)测定[6]。将蚕豆于25℃恒温箱中浸泡24h后催芽，待初生根长至2～3 cm，选取初生根尖生长良好，根长一致的种子放入盛有被测液的培养皿中，被测液浸没根尖即可，染毒24h。将染毒后的种子用蒸馏水浸洗3次，置于恒温培养箱中25℃下恢复培养24h。将恢复培养后的种子，从根尖顶端切下长1 cm左右的幼根，卡诺氏固定液固定22～24h。固定后的根尖如不及时制片，可换入70%乙醇中，置4℃冰箱中保存备用。固定好的幼根用蒸馏水浸洗两次，用5mol/L盐酸于28℃水解约15min，至幼根被软化即可。蒸馏水浸洗2次，席夫试剂染色10min，二氧化硫洗涤液浸洗幼根两次，蒸馏水浸洗1次，将幼根放入新换的蒸馏水中，置于4℃冰箱内保存，可供随时制片之用。将幼根放在擦净的载玻片上，用解剖针截下1mm左右的根尖。在根尖上滴上少许45%的醋酸溶液，用解剖针将根尖捣碎。然后加盖一片清洁的盖玻片，注意不要有气泡。再在盖玻片上加一小块滤纸，轻轻敲打压片，切勿让盖玻片与载玻片之间滑动。

1.2.3 镜检计数 每一处理组观察3～5个根尖，每个根尖计数1 000个细胞中的微核数。按下式计算微核千分率(micronucleus frequency，MCN，‰)和综合污染指数(pollution index，PI)。

MCN=具有微核的细胞数/细胞总数×1 0 00‰

PI=样品MCN平均值/阴性对照组MCN平均值

为避免因实验条件等因素带来的MCN本底的波动，使用了PI来划分污染程度。污染指数的评价：0

1.3 统计分析

实验结果采用SPSS 13.0统计软件进行分析，采用Dunnett’s t检验对各染毒组与对照组之间的MCN进行统计检验，以α=0.05为检验水准。

2 结果

2.1 不同自来水厂水样对蚕豆根尖细胞微核千分率的影响

对A市4个自来水厂的6个采样点，即1厂出厂水，2厂出厂水，3厂水源水和出厂水，4厂出厂水和末梢水进行检测分析。各水样及去离子水引起的蚕豆根尖细胞微核千分率和PI差异显著性分析结果如表1所示。其中，3厂出厂水可诱导蚕豆根尖细胞微核千分率显著增加，与阴性对照组相比差异具有统计学意义(P<0.05)，根据污染指数判断属于中度污染。其余水样均未引起蚕豆根尖微核千分率增高，均属于基本无污染。根据污染指数来判断各水样致突变性强度大小顺

序依次为：3厂出厂水>水源水，4厂出厂水>末梢水。

B市某水厂的水源水、出厂水和末梢水，属于一个完整的自来水处理系统的3种不同水质状态进行的检测分析。结果如表1所示，出厂水可诱导蚕豆根尖细胞微核千分率显著增加，与阴性对照组相比差异具有统计学意义(P<0.05)，根据污染指数判断属于轻度污染。末梢水诱导的蚕豆根尖细胞微核千分率与对照组相比差异无统计学意义，其污染指数为1.5，属于轻度污染，但是正处于判定属于轻度污染的临界点。根据污染指数来判断各水样致突变性强度大小顺序依次为：出厂水>末梢水>水源水。

C市某水厂的水源水、出厂水和末梢水属于一个完整的自来水处理系统的3种不同水质状态进行的检测分析。结果如表1所示，水源水、出厂水、末梢水致蚕豆根尖细胞微核千分率与对照组相比差异均无统计学意义(P>0.05)，根据污染指数判断均属于轻度污染。根据污染指数来判断各水样致突变性强度大小顺序依次为：出厂水>末梢水>水源水。

表1 3市自来水厂水样的微核千分率(MCN)及污染指数(PI)

2.2 3 市自来水厂水样处理蚕豆根尖后微核镜检结果

从图1可知，以3市自来水厂不同采样点水样处理蚕豆根尖后，不仅可以诱导根尖细胞形成微核(图1A、B)，同时还可以观察到染色体断片(图1C)。

图1 自来水厂水样诱发蚕豆根尖微核图片及染色体异常(×400)

3 讨 论

饮用水水质安全与人体健康息息相关。由于自来水中存在大量氯的衍生物，此类有机物大都呈低剂量、长期暴露的特点，常规的理化分析不足以对水质状况作出全面的评价。因此，有必要建立一种有效的测试方法评价水中有机物对生物特别是对人体的遗传毒性，以准确直观地反映饮用水对人体健康的潜在危害。植物遗传毒性实验技术对低浓度的有机物非常敏感，可通过微核率、双核率、有丝分裂指数、染色体畸变率等一系列指标得以体现，是一种快速、有效的体外短期生物学检测方法[9]。

本文以蚕豆根尖微核千分率为指标，检测了A市1、2厂出厂水、3厂的水源水和出厂水、4厂的出厂水和末梢水，以及B、C市的属于一个完整的自来水处理系统的水源水、出厂水和末梢水这3种不同水质状态，结果表明，根据污染指数来判断各水样致突变性强度大小顺序依次为：出厂水>末梢水>水源水，认为出厂水潜在致突变性最强。这与多数研究的结果相同，化学性消毒处理过程可增强水体的致突变性[10-12]。原因主要是化学性消毒剂可与存在于水源水中的天然有机物或化学污染物产生一系列的化学反应形成致突变性的消毒副产物(DBPs)[13-14]。Zeng等[12]利用SOS/Umu试验、HGPRT基因突变试验以及微核试验对武汉自来水厂水样的遗传毒性进行了监测分析，结果显示氯化消毒可以增加饮用水的DNA损伤效应。这也与本实验室同时进行的SOS/Umu实验以及彗星实验结果一致。

对于B市与C市表现出的末梢水出现遗传毒性，但却低于出厂水的现象，可能是因为随着自来水在管道中持续流动，氯的某些残留物因挥发作用而导致水样中污染物质浓度降低，遗传毒性减小。但是，自来水在输送管网中，氯的残留物可能会和管道壁中的一些化学物质反应，如腐殖酸等有机物氯化脱碳，形成氯仿等三氯甲烷类潜在致突变物质，从而导致新的致突变物质的产生。自来水在加压、输送、储存等过程中，由于管网的常年使用，管内壁上积累了不同程度的有毒有害物质，导致水质受到污染，表现为蚕豆根尖细胞微核千分率的增高[3]。

研究证明，自来水厂广泛采用的氯化消毒，其处理后的自来水仍旧可以引起较高的微核千分率，即氯化消毒法产生的消毒副产物可能也具有较强的遗传毒性。故除继续保护水源水免受污染外，还应进一步改善水处理工艺，降低自来水在消毒、输送过程中产生的毒性效应，进而保证城市居民的饮水安全。

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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： 利用蚕豆根尖细胞微核试验对北方3个城市自来水厂水样进行致突变性检测。方法：分别采集A、B、C 3个城市自来水厂的水源水、出厂水及末梢水，以采集的水样直接处理蚕豆根尖，测定各采样点水样的蚕豆根尖细胞微核千分率以及污染指数，并进行统计分析。结果：A市4个水厂水样中，3厂出厂水诱导的蚕豆根尖细胞微核千分率显著高于阴性对照组，且呈中度污染，其余水样所致微核千分率与阴性对照组相比差异均无统计学意义，属于基本无污染。B市出厂水诱导的蚕豆根尖细胞微核千分率显著高于阴性对照组，属于轻度污染。其余水样所致微核千分率与阴性对照组相比差异均无统计学意义，但末梢水属于轻度污染，水源水为基本无污染。C市3个水样所致蚕豆根尖细胞微核千分率与阴性对照组相比差异均无统计学意义，但均属于轻度污染，污染程度比较为：出厂水>末梢水>水源水。结论：根据A、B、C 3个城市自来水厂水样对蚕豆根尖微核千分率的影响，并据污染指数判断，认为出厂水潜在致突变性最强。其中，A市的整体水质要优于B市和C市。

蚕豆根尖细胞；微核千分率；自来水厂水样；水质评价

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

国家卫生计生委卫生公益性行业科研专项(201302004)

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