利用泥鳅红细胞核的遗传损伤监测福州市内河水质.doc

利用泥鳅红细胞核的遗传损伤监测福州市内河水质吴若菁 林霞 陈宜秋 黄静娜 连迎摘要 利用泥鳅红细胞核的遗传损伤监测福州市内河水质，探讨红细胞核的遗传损伤与水质常规衡量指标间的相关性结果表明：泥鳅红细胞的微核率及核异变率的高低能够反映出河水的综合污染程度，差异达到显著或极显著在一定范围内河水受污染程度越严重，微核及核异常率越高但当染毒时间太长时，微核率及核异常率反而有所下降微核率与水质的几项常规衡量指标间的相关程度依次为：高锰酸盐指数溶解氧氨氮比 pH值；总核异常率与河水的几项常规指标问的相关程度依次为：高锰酸盐指数氨氮比溶解氧 pH值，核异常率与微核率达到最高值的处理时间不完全同步核异常率显著高于微核率，微核率与核异常率相关系数为044，这反映出生物体本身具有自动修复能力，能通过各种途径修复受损的DNA此外，还探讨了泥鳅红细胞的微核来源和利用泥鳅红细胞核的遗传损伤监测河水水质的可行性及注意问题图3 表6 参16 关键词 泥鳅；福州市内河；水质衡量指标；红细胞；遗传损伤CLC X174 ：X832GENETIC DAMAGE OF THE NUCLEAR IN ERYTHROCYTES OFMISGURNUS ANGUILLICADATUS TO MONITOR WATER QUALITYOF THE RIVER IN FUZHOU*WU Ruojing1 , CHEN Yiqiu2, LIN Xia1 , HUANG Jingna1 & LIAN Ying1( Bioengineering College, Fujian Normal University, Fuzhou 350007, China)( Environmental Monitoring Bureau of Taijiang, Fuzhou 350001, China)Abstract The genetic damage of the nuclear in erythrocytes of Misgurnus anguillicadatus was used to monitor the water quality of the river in Fuzhou, and study the correlation between genetic damage of the nuclear in erythrocytes and the normal index of water quality. The results indicated that frequency of micronuclei and nuclear anomalies could reflect the polluted extent of the inland river, and there existed difference or obvious difference compared with the control. Within certain distance, the contaminative degree the river water suffered was more serious, the frequency of micronuclei and nuclear anomalies was higher. How-ever, the frequency of micronuclei and nuclear anomalies decreased when testing time was long. The correlation between the frequency of micronuclei and the normal index of water quality was : CODMN DO NH3N pH ; the correlation between the total frequency of nuclear anomalies and the normal index of water quality was: CODMN NH3 N DO pH . The time of the frequency of micronuclei and nuclear anomalies reaching to the highest was not synchronous completely. The frequency of micronuclei was obviously higher than that of nuclear anomalies, and their correlative coefficient was 0.44. This reflected that the creature had the ability to repair themselves. The damaged DNA could be repaired by many means. In addition, it also studied the sources of the erythrocytes in loach, the possibility to monitor the river water quality and the problems that must be noticed. Fig 3 , Tab 6, Ref 16Keywords Misgurnus anguillicadatus; river in Fuzhou; water quality index; erythrocytes; genetic damageCLC X174 ：X832随着城市的发展，大量的工业废水和生活污水直接排入内河，使内河污染情况加剧，仅水质污染一项就使中国每年损失几百亿元内河水质的恶化严重阻碍了经济的发展，因此，有效的监测水质污染状况已成为我国保护生态环境建设的重要内容之一水质的污染，会给水生生物带来遗传损伤，导致微核的形成鱼类对化学物质的反应与哺乳动物有很多相似之处，因此，常被用来检测水体的污染情况。Hooftman等人1最早将微核应用于鱼类，并首次证明了化学诱变剂甲基磺酸乙酯（EM）能诱发泥荫鱼（Umbrapygman）外周血红细胞微核的形成近年来，国内许多学者多以化学诱变剂来诱发鱼类的外周血的微核，均取得较好的实验效果211本次试验以泥鳅作为材料，结合对水质的5项常规衡量指标分析，研究水体污染对泥鳅红细胞核的遗传损伤情况，以寻求一种较为方便的试验手段来反映水体受污染的程度1 材料与方法1l实验材料泥鳅（Misgurnus anguillicadatus）购自福州市程埔头市场，选取体长1214 cm、体重1013 g、无外伤健康活泼的个体作为试验鱼，养于实验室符合饮用水标准的自来水中4d后，再进行实验处理实验水样分取自福州市三条内河：大庆河、晋安河、光明河采取水样方法：将水桶于河中心处浸入河水一段时间，再缓慢提出，轻轻灌入瓶中对照组（CK）为福建师范大学生物工程学院符合饮用水标准的自来水1.2实验方法l21 水样的化学指标测定 检测内容为采样点的水温，PH值、溶氧量、氨氮，高锰酸盐指数这5项常规指标，检测分析方法参照水和废水监测分析方法12 pH值用 828型酸度计，GB692086方法标准；溶解氧用 YSI 5000溶解氧测定仪，碘量法，GB1191389方法标准；氨氮用7230G分光光度计，纳氏试剂光度法，GB747987方法标准；高锰酸盐指数用酸性法，GB746787方法标准l22 实验材料处理 取大庆、晋安、光明的3条内河水作为3组处理组，以饮用水为对照组每个处理3个重复，每组水量均保持在5 L，分别于处理后6 h、12 h、24 h、48 h、72 h与 120h ，各取泥鳅，制作外周血涂片，涂片晾干后，固定液固定15min，以Giemsa染液染色15 min用清水冲洗干燥后，中性树胶封片123显微观察与分析 血涂片置于显微镜下观察，每张血涂片随机统计2000个以上红细胞，每个处理3个重复，记录具有微核以及核异常的红细胞数，以千分率表示微核率及核异常率。微核评定标准：微核存在于胞质中，为主核的110一130，圆形或椭圆形，颜色与主核一致或略浅于主核124数据分析 对镜检所得数据进行方差分析和t检验，检验不同处理之间的差异显著性，分析采用SPASS软件2 结果与分析21水样的检测结果对3条内河进行温度、pH值、溶解氧、氨氮和高锰酸盐指数5项常规衡量指标的测定，将测定结果（表1）与国家地表水环境质量标准GB38382002中关于III类水的标准（适用于生活饮用水地表水源地二级保护区、水产养殖区等渔业水域）对比，可发现光明河的溶解氧和氨氮指标超标，大庆河的PH值。氨氮和高锰酸盐指数超标，晋安河各项指标符合Ill类水的标准，但达不到II类水的标准3条内河的污染程度为大庆河光明河晋安河22不同处理下泥鳅红细胞微核事的变化从图1中可看出：河水受污染程度越严重，微核及核异常率越高不同的内河水和不同的处理时间，泥鳅红细胞微核率的变化不同在一定范围内，随着处理时间的增长，微核率上升，内河水污染越严重，微核率上升越快，表现出较为明显的时间和污染效应但到达最高值后，微核率开始逐渐下降，其原因可能是微核率的高低，不仅取决于诱变污染物的强弱，还取决于细胞的分裂速度随着处理时间的延长，细胞受毒害作用增强，抑制了细胞的正常分裂，结果反而出现微核率下降的趋势此外，不同的河水污染程度不同，因此，处理后泥鳅红细胞微核率达到最高峰值的时间也不同对各处理组进行微核率的分析（表2）和t检验结果（表3）发现：经不同时间段处理后，与CK相比，泥鳅红细胞微核率有不同程度的提高，其中用大庆河和光明河河水的处理结果达到显著水平，而晋安河河水处理的结果未达到显著水平，泥鳅微核率从高到低变化顺序为：大庆（077）光明（047）晋安（0.24）自来水（0.13），与水样检测得结果一致。23不同处理下泥鳅红细胞核异常率的变化试验中发现内河污水除了诱发泥鳅红细胞产生微核外，还会导致核质内凹、核质外凸出芽及不规则畸形等各种核畸形异变现象的产生，严重时甚至出现核解体，产生无核红细胞，最后细胞凋亡（图2）从不同的内河水对泥瞅红细胞核异变率的影响结果和t检验结果（表2，见表4），以及不同处理时间段的内河水对核异常率的影响（图3）结果中可知：用光明河河水处理泥鳅6h后，随着时间的延长，核异变率开始逐渐上升，处理时间到达72 h后，核异变率开始逐渐下降而大庆河、晋安河河水和饮用自来水处理的结果是24 h后，核异变率开始逐渐上升，处理时间到达48 h后，开始逐渐下降核异变率从高到低排列顺序为：光明（4.31）大庆（1.92）晋安（1.44）自来水（067）其中用大庆河和光明河河水的处理结果达到极显著水平，晋安河河水处理的结果未达到显著水平24微核率与核异常率的相关分析将微核率与核异常率进行相关性分析，其相关系数r044，表明微核率与核异常率呈一定的正相关，但并非完全相关25微核率、核异常率与内河污水各常规指标的相关性分析将各内河水质的这几项常规指标（表1）分别与不同处理组的总微核率及总核异常率进行相关性分析，结果见表5、表6从其中可看出，总微核率、总核异常率与高锰酸盐指数、氨氮比呈一定正相关，而与溶解氧、PH呈负相关，说明当有机、无机还原性物质对水体的污染严重时，会导致高锰酸盐指数、氨氮比升高，溶解氧、pH下降，进而对泥鳅产生遗传损伤，使泥鳅红细胞出现较高的微核率及核异变率3讨论3l 微核率和核异常率与水质常规衡量指标的相关性化学需氧量是指水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量，以高锰酸钾为氧化剂测定化学需氧量的方法称为高锰酸盐指数测定法，是作为水体受亚硝酸盐等还原性有机或无机物污染的综合性指标在PH值较低的条件下，亚硝酸盐可与仲胺类反应生成亚硝酸胺类物，而后通过对DNA碱基进行氧化脱氨，使得生物体产生遗传损伤当高锰酸盐指数偏高时，说明水体中还原性有机或无机污染物的含量较高而污水中含氮有机物受微生物作用分解成氨氮（NH3N）时，氨氮将以游离氨（NH3）或铵盐（NH4+ ）形式存在于水中鱼类对游离氨十分敏感，适宜生活在游离氨含量为 0.02 mg L1 以下的水质中，当水中氨氮含量异常增加时，会对生物造成毒害，导致遗传损伤，使它们在形态特征，生理代谢、遗传特性等方向发生改变溶解在水中的分子态氧称为溶解氧，当水体受有机、无机还原性物资污染时，溶解氧会出现下降溶解氧的下降会破坏环境和生物群落的平衡，并带来不良影响溶解氧的饱和含量与水温、大气压力等有密切关系此外，在有氧的环境中，水中的氨会转变为亚硝酸盐或硝酸盐，在无氧的环境中，亚硝酸盐亦可被微生物还原为氨因此，分析微核率和核异常率与水质的常规衡量指标的相关性具有较大的意义分析结果表明：泥鳅红细胞微核率与污水的几项常规指标问的相关程度依次为：高锰酸盐指数溶解氧氨氮比 pH值；总核异常率与污水的几项常规指标间的相关程度依次为：高锰酸盐指数氨氮比溶解氧 pH值32 微核的来源多数研究者认为，微核是由无着丝粒的染色体断片或落后染色体形成1314，有的研究者认为可直接由间期核形成2，也有的研究者认为可能是由细胞核向外突出并延伸而成9，15在本试验的观察中发现，有的泥鳅红细胞间期核出现核质外突、内凹，有的形成微核与主核相连状态、有的形成微核与主核分离状态、有的形成双微核连丝（图2），而不同处理时间段的泥鳅红细胞做校率的变化趋势，却是呈现不同的高低起伏的周期变化（图1），并不是正相关的线性变化，表明微核率的增高不是连续性，而是阶段性，这与细胞分裂周期所需时间有关泥鳅红细胞按其形态与功能，可以分为原红细胞、幼红细胞、成熟红细胞成熟红细胞的功能主要是携带O2和CO2此时其细胞质中含有大量的血红蛋白，染色质也凝集固缩以异染色质状态存在不再表达16从原红细胞发育到成熟红细胞，此间要经过有丝分裂和无丝分裂的过程细胞在分裂期间，易受到水体中还原性有机或无机污染物的遗传损伤这些污染诱变物的作用机理之一可能是：对细胞DNA具氧化脱氨，脱瞟吟及氧化碱基的作用，从而使DNA链发生断裂、突变氧化损伤等，结果发生染色体结构变异，产生单个或多个具双着丝点染色体、无着丝粒的染色体断片或落后染色体，导致在间期出现微核其作用机理之二可能是：因为纺锤丝是由微管蛋白组装而成的，当诱变物对DNA的诱变和损伤影响到微管蛋白合成。微管组装以及着丝粒的结构时，便能使染色体与纺锤体连接发生障碍，结果则出现染色体分离异常，产生微核因此，当污染物的作用影响到原红细胞、幼红细胞的有丝和无丝分裂，则出现上述核外突出芽、核内凹等各种形式的细胞核畸变状态，进而形成微核，影响严重时，甚