自来水厂水源水及饮用水水质评价
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摘要：运用蚕豆根尖细胞微核监测技术，以微核千分率为指标，对武汉市某自来水厂的水质进行评估。结果表明，随着暴露时间的延长，各取样点的蚕豆根尖微核千分率显著升高，且与对照组相比具有显著差异。选取暴露32 h的微核千分率计算其污染指数，判定该厂水源水和中间水为中度污染，自来水为轻度污染。因此，该厂作为武汉市饮用水的重要来源，其水质存在一定程度的污染，具有致细胞突变性。
关键词：蚕豆根尖细胞；微核监测技术；水源水；饮用水；水质评价
中图分类号：X824 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）02-0303-03
蚕豆根尖细胞微核监测技术是利用蚕豆初生根尖细胞对诱导物反应敏感的特点，以其灵敏度高、可靠性和实用性强，取材简便，不受季节和气候条件限制等优点而广泛应用于各种污染物的遗传性检测[1-4]。利用蚕豆根尖细胞微核技术对武汉市长江水段及东湖、南湖等湖泊的水质已有一些评价，结果显示这些地表水存在一定致突变性，具有明显的遗传毒性[5-7]。当前的研究主要基于武汉市地表水，而对城市饮用水净化系统的安全评价研究还非常有限[8，9]。武汉市某自来水厂位于武汉市洪山区青菱乡，其水源水来自长江水段白沙洲地区。此地区受重金属污染，且新型建筑材料、印刷、发电及生物制品等工业又会带来各种有毒有害的有机化学物质，如多氯联苯类、硝基苯类、酚类、亚硝胺类等的复合污染胁迫。同时，该厂上游约3 km处的汤逊湖泵站、约4 km处的陈家山闸排出的污水也会对该厂取水口水质产生相关污染胁迫。为此，运用蚕豆根尖细胞微核技术，对该自来水厂中间处理水、自来水管网出水及水源水进行致突变物的遗传毒性效应检测。该方法简单、灵敏，可有效地评价饮用水净化系统潜在的遗传毒性效应，为评价城市水源水及饮用水水质、保障城市居民的安全用水提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
水样取自武汉市某自来水厂，该厂水处理采用絮凝沉淀与过滤后氯气消毒净化工艺，水样采集共设3个采样点，采样点1为源头水，即待净化工艺处理的白沙洲段长江水样；采样点2为中间水样，采集氯化消毒工艺前的水样；采样点3为直接取自于用户终端的自来水水样。水处理工艺流程及具体采样点见图1。每个采样点平行取3个水样，每个水样1 000 mL。试验采用去离子水作为阴性对照。所用蚕豆购于华中农业大学，为当地农民自种的无污染松滋青皮豆。
1.2 方法
包括浸种、催芽、染毒、恢复培养、固定、孚尔根（Feulgen）染色等步骤[10]。首先是蚕豆浸种催芽。将蚕豆种子放入装有去离子水的烧杯中，在25 ℃的温箱内，浸泡20～30 h，此期间换水2～3次，换用的水事先置于25 ℃的温箱预热。待种子吸胀后，用纱布松松包裹置于解剖盘内，在25 ℃的温箱中催芽12～24 h。待种子初生根露出2～3 mm时选取发芽良好的种子，放入铺有薄层湿脱脂棉的解剖盘内，置于25 ℃的温箱中继续催芽，保持湿度。再经36～48 h，种子大部分初生根长至2～3 cm，根毛发育良好。其次是暴露处理。每一处理选取6粒初生根尖生长良好、根长一致的种子，放入盛有进行不同试验周期的水样中暴露试验。暴露结束后恢复培养。将处理的种子用去离子水浸洗8次，每次2～3 min，洗净后的种子放入新铺好湿脱脂棉的解剖盘内，于25 ℃的恒温箱中，保持适度的培养条件使根尖细胞恢复24 h。然后是根尖细胞固定。将恢复后的种子从根尖顶端切下1 cm长的幼根放人青霉素瓶中，加卡诺氏固定液固定24 h。孚尔根（Feulgen）染色阶段，将固定好的幼根在青霉素瓶中用去离子水浸洗2次，每次5 min。吸干去离子水，用5 mol/L的HCl浸泡幼根，连瓶放入28 ℃水浴锅中水解幼根25 min，直至幼根被软化。用去离子水浸洗幼根2次，每次5 min。在暗室或遮光条件下加席夫（Schiff）试剂，每瓶用量以淹没幼根液面高出2 mm为宜。除去染液，用SO2洗涤液浸洗幼根2次，每次5 min。再用去离子水浸洗1次，每次5 min。制片时，将幼根放在洁净的载玻片上，用解剖针截除根冠区，截留下1 mm左右的根尖分生区。滴上少许45%的醋酸溶液，用解剖针将根尖捣碎。加盖一清洁的盖玻片，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，使细胞均匀散开。最后镜检，将制片先置于显微镜低倍镜（物镜10×）下，找到分生组织区细胞分散均匀、膨大、分裂相较多的部位，再转到高倍镜（物镜40×）下进行镜检。每一处理观察3个根尖，每个根尖计数1 000个细胞中的微核数。
1.3 数据处理
试验数据采用DPS 9.50统计软件进行分析处理，求出每个处理的平均微核千分率、有丝分裂指数和标准误（SE），并计算污染指数（PI）。PI为0.50～1.50基本没有污染；PI 1.51～2.00为轻度污染；PI 2.01～3.50为中度污染；PI 3.51以上为重度污染。同时对各水样处理的蚕豆根尖细胞微核千分率进行单因素方差分析，P
微核千分率=（微核细胞数/观察细胞数）×1 000‰
污染指数（PI）=样品实测微核千分率平均值/对照组微核千分率平均值。
2 结果与分析
2.1 不同采样点水样在不同暴露时间下蚕豆根尖细胞的遗传毒性效应
试验选取8、16、24、32及72 h共5个暴露时间来研究不同采样点水样对蚕豆根尖细胞微核的诱导周期效应，结果见表1。对照组微核千分率维持在1.93‰～5.87‰，满足《环境监测技术规范》本底微核千分率在10‰以下的要求。而各处理组水样随着暴露时间的延长其产生的致突变性增加，蚕豆根尖细胞微核千分率呈上升趋势，且与对照组相比具有显著或极显著差异，暴露至32 h时达到最大值，取自源头水的水样1此时达到17.53‰，微核千分率明显高于其他暴露时间点，此时蚕豆根尖细胞活性均处于旺盛状态，对水样中遗传物质诱变剂的反应敏感，进一步延长暴露时间至72 h，蚕豆根尖细胞微核千分率降低至16.67‰，其可能的原因为蚕豆暴露时间过长，根尖细胞损伤严重，分裂活性降低，导致根尖细胞对诱变剂的敏感度下降，从而微核千分率也较低。随暴露时间的延长，各采样点水样对蚕豆根尖细胞微核的诱导呈非线性的曲线规律（图1），拟合得到的回归方程见表2。
2.2 不同采样点水样的污染指数
表1显示，各水样在暴露时间为32 h时，蚕豆根尖细胞的微核千分率达到最高，同时此时蚕豆根尖细胞活性处于旺盛状态，细胞分裂程度基本保持一致，因而选择32 h作为最佳暴露时间，采用污染指数（PI）来评价各水样遗传毒性胁迫程度，以避免因试验条件等因素带来的微核千分率本底的波动。
各水样分别取自源头水、中间水及自来水，属于一个完整的自来水处理系统的3种不同水质状态。由图3可以看出，水样1、水样2及水样3的污染指数依次降低，水样1、水样2为中度污染，水样3为轻度污染，可见混凝沉淀及过滤消毒工艺对水质的净化起到了积极作用，源头水经处理后，自来水中的微核千分率降低、致突变效应减小，水质比源头水有所改善。
2.3 自来水诱导的蚕豆根尖细胞微核效应
氯消毒作为我国目前城市给水的重要净水工艺，自1980年问世以来，在杀灭水中微生物、防止疾病的传染方面发挥了重大作用，然而氯作为消毒剂使用的同时也有其副作用。该自来水厂采用液氯作为消毒剂，从表1可以看出，取自自来水管网终端的水样3暴露8 h的微核千分率达10.03‰，显著高于该时间点的源头水和中间水所产生的微核千分率。
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，表现为24、32、72 h 3个暴露时间的自来水产生的微核千分率均小于暴露时间16 h的自来水。
自来水在输送管网中，氯的残留物可能会和管道壁构中的一些化学物质反应，如与腐植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[11，12]。另外，自来水在加压、输送、存储等过程中，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，且输送管道一般为镀锌管，其长时间在自来水中比较容易生锈、结垢、腐蚀，这些铁锈溶解到自来水中，导致水质受到污染，表现为蚕豆根尖细胞对自来水的致突变效应敏感，微核千分率高。
3 结论
武汉市某自来水厂的源头水及中间水可以显著诱导蚕豆根尖细胞微核的发生，其源头水受到不同程度的污染，具有潜在的致突变效应。源头水经处理后，自来水中的微核千分率降低、致突变效应减小，水质比源头水有所改善。但是，水厂采用液氯消毒方式，其处理后的自来水仍旧可以引起较高的微核千分率，说明这种目前国内通常采用的氯化消毒法产生的消毒副产物也具有较强的遗传毒性。因此，应采取有效措施保护水源免受进一步污染，并进一步改进水处理工艺，有效地去除水源水中的污染物质，避免出现附加毒性效应，从而保证城市居民饮用水的安全。
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