蚕豆根尖细胞微核试验对水质检测的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com ・试验研究・　北方园艺２００８（８）：４～６　蚕豆根尖细胞微核试验对水质检测的研究　庞振凌，张Ｚ－芹，杜瑞卿　（河南南阳师范学院生命科学与技术学院，河南南阳４７３０６１）　摘要：以南水北调中线水源区丹江口水库水体为检测对象和试验材料，在２００７年６月选取　３个采样点进行水体采集和理化检测，水体浓缩为低、中、高３个剂量组，以自来水处理为阴性对　照组，以ＣｒＯ３处理为阳性对照组，利用蚕豆根尖进行了５组不同的细胞微核试验。水体理化检测　表明水质有一定的污染。微核试验表明，５组间都有显著差异。分析得出：蚕豆根尖细胞微核试　验对水质检测是非常有效简单易行的方法，值得推广；丹江口水库水质有污染，但尚不严重，有待　改善，并做好长期监测和研究。　关键词：蚕豆根尖细胞；微核检测；丹江口水质　中图分类号：Ｓ　６３４．６文献标识码：Ａ文章编号：ｉ００１－－０００９（２００８）０８－－０００４－－０３　南水北调中线水源区位于豫、鄂、陕三省交界处的　丹江口水库，是亚洲最大的人工淡水湖，控制流域面积　９．５×ｌＯ　ｋｍ２，总库容量达４０８．５×ｌＯ　ｔ［１］，取水源头在河　南省南阳市境内，包括西峡、淅川和内乡３个县。丹江　口水库的入库河流水量大，水质较好。但随着库区周围　地区经济的不断发展，自然和人为因素使入库干、支流　指标值，并利用蚕豆根尖细胞微核技术对其遗传毒性进　行检测，探讨其中可能存在的遗传毒性诱变因素，旨在　为南水北调中线工程水源环境的保护、持续发展规划、　科学研究提供一定的依据，同时为建立水源区生态监测　机制提供基础资料。　１研究方法　１．１采样点布设与水样采集　采样时间为２００７年６月，采样点为国家环境监测　总站授权南阳市环境保护监测站监测南水北调中线水　源区而设置的渠首（陶岔Ｓ１）、库心（小太平洋Ｓ２）和丹江　水质发生变化，必将影响丹江水库的水质［１　］。因此，做　好水源区的长期生态监测，加强理论和技术研究极为　重要。　蚕豆根尖细胞微核试验（Ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｎｓ　ｔｅｓｔ，ＭＣＮ）　技术，是Ｄｅｇｒａｓｓｉ在１９８２年提出的一种用于环境致突变　物的检测方法［３］。近几年来，ＭＣＮ技术作为一种以染　色体损伤及纺锤丝毒性等为测试终点的植物微核检测　入库上游（大石桥Ｓ３）３个水质监测点，各点均取水样　３　Ｌ，置于塑料壶内。　１．２水质理化指标测定　Ｓ１水质的理化检测由设在渠首的自动监测仪测定　（同时进行人工平行样测定）。其它２个点的水温Ｔ　（ｅＨ　Ｏ）、ｐＨ、溶解氧ＤＯ由便携式仪器测定。透明度采　方法，以其灵敏度高、操作技术简单，而且试验结果能够　反映各种污染因子的综合遗传毒性等优点成为目前研　究和运用较多的拟代替动物培养细胞检测环境“致癌、　致畸、致突变”物质的高等植物细胞检疫体系　］。ＭＣＮ　技术在检测水环境中污染物的致突变性亦受到广泛重　视，应用于对河流、湖泊、地下水及工业污水的水质研　究。目前主要集中在由水体中Ｃｄ２　、Ｈｇ２　、Ｚｎ２　、Ｍｎ２＋　等重金属以及农药、抗菌素、洗涤剂等对蚕豆根尖细胞　用塞氏盘法测定。总磷（ＴＰ）、总氮（ＴＩＮ）、生物耗氧量　（ＢＯＤ）、化学耗氧量（ＣＯＤ）参照《水和废水监测分析方　法（第４版）》（２Ｏ０２）测定［７］。　１．３蚕豆根尖细胞微核试验　遗传毒性方面的研究［５　］，而对由含高Ｎ、Ｐ无机或有机　污染物引起的水体富营养化所导致的蚕豆根尖细胞遗　１．３．１水样有机浓集物的制备取丹江口水库各采样　点水样１　Ｌ，共３　Ｌ，混匀，用滤纸滤去粗泥沙后，经ＸＡＤ－　２树脂柱浓缩，过柱流速约为１Ｏ　ｍＬ／ｍｉｎ，有机提取物用　５Ｏ％二甲基亚砜（ＤＭＳＯ）洗脱，浓缩、挥干后用ＤＭＳＯ　传毒性的研究报道甚少。基于上述原因，在对丹江口水　库水质深入广泛的科学调研基础上，利用所获得的理化　第一作者简介：庞振凌（１９５６一），女，副教授，现从事遗传学与生态　学的教学与科研工作。Ｅ－ｍａｉｌ　ｐｚ１５６＠１６３．ｃｏｍ。　基金项目：河南省自然科学基金资助项目（０５１１０３０７００）。　收稿日期：２０Ｏ８一Ｏ２—２５　４　定容至５　ｍＬ，置１℃冰箱中保存备用。　１．３．２细胞微核试验①浸种催芽：将试验用蚕豆种子　按需要量放人盛有自来水的烧杯中，在２５℃下浸泡２４　ｈ，　此间至少换２次水，所换水预温。种子吸胀后松散的铺　在用４～５层纱布裹置的磁盘中，保持湿度，在２５℃温箱　中催芽１２￣２４　ｈ，待初生根长出２～３　ｍｍ时，再取发芽　维普资讯 http://www.cqvip.com

北方园艺２ｏｏ８（８）：４～６　良好的种子放人铺满滤纸的磁盘中，在２５℃继续催芽，　约经３６￣４８　ｈ，大部分初生根长至１～２　ｃｍ左右，根毛发　・试验研究・　馏水）浸洗３次，每次２～３　ｍｉｎ，洗净后再置人铺有湿润　滤纸培养皿中，２５＂Ｃ恢复培养２２￣２４　ｈ。使经过前期处　育良好，可作为检测材料。②对蚕豆根尖的不同检测处　理：待测组：南丹江口水库水体分别给予浓缩Ｏ、２５和５Ｏ　倍，形成低、中、高３个剂量组，每剂量组选初生根生长良　理受到损伤的细胞核有充足的分裂时间，最终以微核形　式出现便于观察。④根尖细胞固定：将上述恢复培养的　根尖切下长１　ｃｒｎ左右，用Ｃａｒｏｎ’Ｓ固定液固定２４　ｈ（固　好的已萌发种子１Ｏ粒，分别放人盛有不同待测液的培　养皿中（被测液浸没根尖即可），培养２４　ｈ；阴性对照组：　选取初生根生长良好的已萌发种子１Ｏ粒，用自来水浸　没根尖，培养１２￣２４　ｈ。阳性对照组：选取初生根生长良　好的已萌发种子１Ｏ粒，以ＣｒＱ；（１．０　ｔｏｏｌ／Ｌ）配制的液体　浸没处理根尖。由于ＣｒＯ＝｛毒性大，处理时间缩短为　１２　ｈ，避免因浓度过大，时间过长影响试验材料。③根尖　定的根尖如不及时制片可换用７Ｏ　９／６的乙醇４￣Ｃ冰箱保存　备用）。⑤酸解：蒸馏水冲洗根尖３次，每次３　ｍｉｎ，吸净　蒸馏水，６　ｍｏｌ／Ｌ　ＨＣ１，室温下解离１０　ｍｉｎ，幼根软化。⑥　染色、压片：酸解后的根尖蒸馏水冲洗３～４次，每次３～　５　ｍｉｎ，最后浸入水中，制片前取出置载玻片上，截１～　２　ｉｉｆｎ根尖，用石炭酸品红染色５～８　ｍｉｎ，加盖玻片，压　片观察。每张片观察１　０００个根尖细胞，计算微核发生　细胞恢复培养：各处理组处理后的种子用自来水（或蒸　表１　率。数据采用ＳＰＳＳ　１３．０统计软件包进行Ｔ检验。　南水北调中线水源区理化检测结果　注：Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３三采样点；Ｔ：水温，ＤＯ：溶解氧；ＴＮ：总氮，ＴＰ：总磷；ＣｏＤ：化学需氧量＋ＢＯＤ：生化需氧量；Ｃｈｌ－ａ：叶绿素。　２　试验结果　２．１水源区理化检测指标结果及分析　３个检测点同步理化检测结果见表１。从单项指标　看，根据“地表水环境质量标准ＧＢ３８３８－－２００２”，总氮　（ＴＮ）、生物耗氧量（ＢＯＤ）、化学耗氧量（ｃＯＤ）指标值属　于Ⅲ类水质标准，其它指标属于Ｉ、Ⅱ类水质标准，总体上　来看，水质污染尚不严重。　２．２蚕豆根尖细胞微核试验　表２　阴性、阳性不同处理的蚕豆根尖细胞微　核率（ＭＣＮ）及ｔ检验　低于阳性对照组。因此做好水源区的长期生态监测，加　强理论和技术研究，改善水质，极为重要　引。　表３　３采样点水质处理的蚕豆根尖细胞微　核率（ＭＣＮ）７Ｊ￣其ｔ检验　观察细胞数　处理组　／根尖　阴性对照组　阳性对照组　１　０００　１　０００　１　Ｏ０ｏ　曼一０—　掘　　Ａ：３．５３８　低剂量组　中剂量组　１　０００　１１．ｏｏ（１Ｏ、ｌＯ、１３）３　１．７３　雠　一　Ｂ：１５．２４９　Ａ：５．ｏ０３　Ｂ：１２．５６１　高剂量组　１０００　１７．００（１６、１６、１９）　３　１．７３　Ａ：９．５０５　Ｂ：ｌＯ．２５４　疰：Ａ表不以阴性为对照，Ｂ表不以阳性为对照　３讨论与分析　根据有关微核形成机理的研究，认为微核形成有２　注：阳性处理结果以阴性处理结果为对照的ｔ值。　条途径：一是诱变剂打断ＤＮＡ分子形成ＤＮＡ断片，该　断片因没有纺锤丝相连无法随染色体分离过程被拉向　两极，因而随机滞留在某一个子细胞的细胞质中形成独　立于细胞之外的微小的具有核形状的微核；二是由纺锤　每一处理组选取３张较好的切片进行观测，结果见　表２、表３。阳性、阴性对照组观察试验结果及ｔ检验如　表２所示。从表２可以看出，阳性对照处理结果与阴性　对照处理结果有极其显著差异，阳性对照处理的毒性较　大。待测水样的低、中、高３个库水有机浓集物剂量组　丝毒剂打断纺锤丝造成的整条染色体落后于核分裂周　期形成微核，这两种途径发生的概率各为１／２［８－９］。显　的对蚕豆根尖细胞微核试验结果见表３。从表３中可以　看出，３个剂量组均能使豆根尖细胞微核升高，且库水各　然，当受试水样中含有能打断ＤＮＡ分子的诱变剂或能　打断纺锤丝的纺锤丝毒剂时，就能使蚕豆根尖细胞微核　组随剂量增加而微核率呈增高趋势。低剂量组比阴性　对照组高，且有显著差异，说明水受污染；高剂量组与阳　性对照组有显著差异，说明水污染尚不严重。各剂量组　都与阴性对照组、阳性对照组有显著差异，说明丹江口　水库水质有一定的　亏染，但尚不严重，包括高剂量组仍　率上升，从而表现出遗传毒性。据调查，目前影响中线　水源水质的因素主要有：一是库区生态环境比较脆弱，　生态环境质量有待提高。二是上游流域区内森林覆盖　率低，涵养水源功能不足。三是上游流域区内的工业企　业主要是资源开采型和资源消耗型，技术含量低，治污　５　维普资讯 http://www.cqvip.com

・试验研究・　北方园艺２００８（８）：４～６　参考文献　［１－Ｉ徐黎，李光华．南水北调中线工程源头生态环境的综合治理［Ｊ］．华北　水利水电学院学报，２００３，２４（２）：７４—７７．　能力差，是该流域区的主要污染源。另外入库千、支流　的沿岸城镇生活污水、工业废水大都未经处理排入水　库，加上库区农业生产力水平低下，自然资源的掠夺性　开发，且不适当使用化肥、农药，使库区局部有富营养化　发生趋势和条件。废水的污染物主要以含氮磷的无机　［２－Ｉ林秋奇，韩博平．水库生态系统特征研究及其在水库水质管理中的　应用［Ｊ］．生态学报，２００１，２１（６）：１０３５—１０３９．　［３３　Ｄｅｇｒａｓｓｉ　Ｆ　Ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ　ｔｅｓｔ　ｉｎ　ｖｉｃｉａ　ｆａｂａ　ｒｏｏｔ　ｔｉｐｓ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｍｕｔａｇｅｎ　ｄａｍａｇｅ　ｉｎ　ｆｒｅｓｈ－ｗａｔｅｒ　ｐｏＨｕｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｍｕｔａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｍｕ—　ｔａｇｅｎｅｓｉｓ　ａｎｄ　Ｒｅｌａｔｅｄ　Ｓｕｂｊｅｃｔｓ，１９８２，９７（１）：１９－３３．　及有机污染物为主，其次为硫化物、苯、酚、汞、砷、烷基苯　磺酸钠等，这些污染物对遗传物质的损伤形成微核具有　［４］杨积晴．应用蚕豆根尖细胞微核技术监测环境致突变物的研究进展　直接的作用，而且还可通过食物链的积累、浓缩进而危　害人类健康ｎ　。通过微核试验，说明氮磷污染物及某些　［Ｊ］．环境监测管理与技术，１９９７，９（１）：１６—１８．　［５－Ｉ段昌群，王焕校．重金属对蚕豆的细胞遗传学毒理作用和对蚕豆根　有机污染物是使水体产生遗传毒性的诱发因素之一，这　尖微核技术的探讨［Ｊ］．植物学报，１９９５，３７（１）：１４—２４．　与农清清等所报道的一致ｎ　］。　［６］Ｋｅｒｇｏｍｍｅｓａｕｓ　Ｄ　Ｊ，Ｇｒａｎｔ　Ｗ　Ｃｌａｓｔｏｇｅｎｉｃ　ａｎｄ　ｐｈｙｄｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　当前，水环境污染监测主要采用物理和化学方法，　０ｆ　ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ｔｏ　ｎｉｎｅ　ｐｅｓｔｉｃｉｄｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｖｉｃｉａ　ｆａｂａ　ｉｎ　ｖｉｖｏ　ｒｏｏｔ　ｔｉ　Ｐａｓｓａｙ　ｓｙｓ—　这些方法的优点在于可以反映不同污染物质的种类和　ｔｅｒｎ［Ｊ］．Ｍｕｔａｔ　Ｒｅｓ，１９８３，１２４：６９－８４．　数量，但不能综合反映环境质量状况和阐明多种污染物　［７３水和废水监测分析方法编委会．水和废水监测分析方法［Ｍ］．４版．　北京：中国环境科学出版社，２００２：５６—５８．　并存对生物体的危害和损伤机制。蚕豆根尖细胞微核　ｒ８］Ｓｈａｌａｉｎ　Ｓ　Ａ，Ｅｌ—Ａ＿ｍｏｏｄｉ　Ｋ　Ｈ．Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｎｕｍｅｒｉａｌ　ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ａｂｅｒ－　监测技术不仅具有灵敏度高、可靠性强、取材简单、条件　ｒａｔｉｏｎｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ＤＮＡ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅｆｕｎｇｉｃｉｄｅｓ　ｍｉｎ　ｒｏｄ　ａｎｄ　ｒｕｂｉｇａｎ一４　ｉｎ　易控制、试验周期短、监测费用低等优点，还可直接反映　ｒｏｏｔ　ｔｉｐｓ　ｏｆ　ｖｉｃｉａ　ｆａｂａ［Ｊ］．Ｍｕｒａｔ　Ｒｅｓ，１９９１，２６１　１６９—１７６．　多种污染物对生物遗传物质的综合影响，且反映出的遗　［９３杨辉，嵇庆，张锡然．微核试验法监测奎河徐州市区段水质污染［Ｊ３．　传毒性是根据真核细胞ＤＮＡ分子损伤试验得出的，这　南京师范大学学报（自然科学版），１９９６（４）：５６—５９．　［１０３郗媛媛．蚕豆根尖细胞微核技术监测黄河兰州段水质污染的研究　为理化监测所不及，是一种值得推广的环境监测方　［Ｊ］．甘肃联合大学学报（自然科学版），２００５，１９（３）：５０—５２．　法　。该研究以蚕豆根尖细胞微核率为指标，结合其它　［１１３余江，杨宇峰，杨翠婵．珠江广州段与人工湖泊的富营养化及遗传毒　环境理化监测指标，则能更全面、更准确地反映水体的　性［Ｊ］．重庆大学学报（自然科学版），２００７，３０（９）：１３９—１４２．　水质状况，研究结果表明，丹江口水库已有一定污染和　［１２］农清清，覃倩萍，张志勇，等．南湖水质富营养化现状及致突变性研　营养化增强的趋势，其污染水质能诱导蚕豆根尖细胞微　究［Ｊ］．广西医科大学学报，２００２，１９（１）：５８－５９．　核率升高，具有较强的遗传毒性作用。　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｗａｔｅｒ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　Ｒｏｏｔ—ｔｉｐ　ｏｆ　Ｖｉｃｉａ　Ｆａｂａ　Ｃｅｌｌ　Ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ＰＡＮＧ　Ｚｈｅｎ－ｌｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｅｒ－ｑｉｎ，ＤＵ　Ｒｕｉ－ｑｉｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｙａｎｇ　Ｎｏｒｍａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｙａｎｇ，Ｈｅ　ｎｉｔｎ　４７３０６１．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　３　ｗａｔｅｒ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｓｐｏｔｓ　ｔＯ　ｃａｒｒｙ　ｏｎ　ｗａｔｅｒ　ｇａｔｈｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｊｕｌｙ　２００７　ｔＯ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　ｗａｔｅｒ　ｓｏｕｒｃｅ　ａｒｅａ　ｏｆ　ｍｉｄｄｌｅ　ｌｉｎｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｆｒｏｍ　ｓｏｕｔｈ　ｔｏ　ｎｏｒｔｈ，Ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｙ　ｗａｓ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ　ｔｏ　ｌｏｗ　ｃｅｎｔｅｒ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｔｈｒｅｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｔｅａｍｓ，ａｎｄ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｒｏｏｔ－ｔｉｐ　ｏｆ　ｖｉｃｉａ　ｆａｂａ　ｔＯ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｔｏ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ　ｉｎ　ｒｕｎｎｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｇｎ　ａｓ　ｎｅｇａｔｉｖｅ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｇｒｏｕｐ，ａｎｄ　Ｃｒ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｇｎ　ａｓ　ｐｏｓｉｔｉｖｅ　ｔｏｍ—　ｐａｒｉｓｏｎ　ｇｒｏｕｐ．Ｗａｔｅｒ　ｂｏｄｙ　ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｈａｄ　ａ　ｌｉｔｔｌｅ　ＤｏｌｌｕｔｉＯＩＬ　Ｍｉｃｒｏｎｕ—　ｃｌｅｕｓ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ａｍｏｎｇ　５　ｇｒｏｕｐｓ．Ｆｒｏｍ　ｔｈｅｓｅ　Ｗｅ　ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ　ｔｈａｔ　ｒｏｏｔ＿ｔｉＤ　ｏｆ　ｖｉｃｉａ　ｆａｂａ　ｃｅｌｌ　ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｗａｓ　ａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｓｉｍｐｌｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｗｏｒｔｈｉｎｇ　ｐｒｏｍｏｔｉｏｎ；Ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｎ　Ｄａｎ—　ｊｉａｎｇｋｏｕ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　ｈａｄ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ｎｏｔ　ｓｅｒｉｏｕｓ，ｗｅ　ｓｈｏｕｄ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｉｎ　ｌｏｎｇ　ｔｅｒｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｒｏｏｔ－ｔｉｐ　ｏｆ　ｖｉｃｉａ　ｆａｂａ　ｃｅｌｌ；Ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ　ｍｏｎｉｔｏｒ；Ｗａｔｅｒ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｎ　Ｄａｎｊｉａｎｇｋｏｕ　ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ　６