蚕豆根尖微核技术研究水体中铊的遗传毒性.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除蚕豆根尖微核技术研究水体中铊的遗传毒性张平1，汪珍春2，姚焱2，袁惜如2，吴燕珍2，陈永亨11. 广州大学环境科学与工程学院，广东 广州 510006；2. 广州大学生命科学学院，广东 广州 510006摘要：铊（Tl）是剧毒的重金属元素。含铊矿产资源在开发利用过程中会释放铊，对生态环境和人体健康造成威胁。目前我国尚缺乏水环境中铊的安全标准。文章利用蚕豆根尖微核技术(Vicia faba-root tip cells micronucleus test)研究水体中铊的遗传毒性，为生态安全评价提供理论依据。结果表明：水体中铊含量在03 gL-1范围内，随铊含量的增加，蚕豆根尖微核率和污染指数逐渐加大。当铊含量为2.0、3.0 gL-1时，微核率分别为22.69和51.51，与空白对照差异极显著（P0.01），而且污染指数分别为3.80和8.63；铊对蚕豆根尖细胞分裂的作用规律不明显，在铊含量为0.3 gL-1时，蚕豆根尖细胞分裂受到显著抑制（P0.05），但随铊含量的增加，根尖细胞分裂并无显著影响。根据统计结果及污染指数，初步确定水体中铊含量1.0 gL-1为安全含量，铊含量在2.0 gL-1以上时为重度污染。关键词：铊，蚕豆根尖细胞微核技术，微核率，污染指数，细胞分裂指数中图分类号：X826 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）01-0047-03此文档仅供学习与交流铊（Tl）是剧毒的重金属元素1。我国拥有丰富的含铊矿产资源，在开发利用过程中，铊被释放入大气、水体和土壤中，每年仅我国进入环境中的铊就达1520 T2，对生态环境和人体健康造成潜在威胁3。我国黔西南地区金汞矿及云南南华砷铊矿床开发过程中，曾发生重金属铊污染水源及农作物而导致居民中毒和死亡的事件4-6。鉴于铊对人体健康的威胁，美国、俄罗斯等国制定了水环境中铊的安全标准7-8，但目前我国尚缺乏水中铊的环境安全标准9。张忠通过对铊矿区居民饮用水情况调查，建议我国饮用水中铊安全无毒害含量为1 gL-1 4，但缺乏相应的理论评价依据。 蚕豆根尖细胞微核技术(Vicia faba - root tip cells micronucleus test) 在环境污染监测和致突变剂检测研究中得到广泛应用。由于蚕豆根尖微核率和染色体畸变率与重金属、农药、抗菌素、生物碱、辐射等的毒性具有较好的相关性，因此能敏感地指示出环境中多种污染物的生态风险10-14。1986年，中国环保局确定并规范了其作为水环境生物监测的标准方法之一。因此，本文利用蚕豆根尖微核技术检测水体中铊的遗传毒性，为制定我国饮用水中铊的安全标准提供理论依据。1 材料与方法1.1 材料青皮蚕豆(Vicia faba, 2n=12)，购自湖南丰源种苗有限公司。1.2 试验方法1.2.1 供试污染物采用分析纯TlNO3试剂，配制Tl+ 水溶液质量浓度分别为0.3 gL-1、0.5 gL-1、0.7 gL-1、1.0 gL-1、2.0 gL-1和3.0 gL-1，以蒸馏水做空白对照。1.2.2 蚕豆处理蚕豆25 恒温箱中浸种30 h后催芽，初生根长至23 cm，选取发育良好，根尖长短粗细一致的种子放于铊处理溶液中浸泡根尖，染毒6 h；将染毒种子洗净后置培养箱中恢复培养24 h；卡诺固定液固定蚕豆根24 h；蒸馏水浸洗两次，5 molL-1的盐酸在28 水解25 min左右，直至根尖软化；蒸馏水浸洗两次，Schiff试剂中染色、制片。在Olympus 数码显微镜下镜检观察并拍照。1.3 统计分析每处理选择67个根尖，每个根尖随机3个视野, 每根尖观察1000个左右细胞，统计微核细胞数和分裂细胞数，并计算：微核率MCN(）= (带有微核的细胞数/观察细胞总数)1000；细胞分裂指数CDI (Cell Division Index, %) = (分裂相细胞数/观察细胞总数) 100；污染指数PI (Pollution index) = 样品微核率均值/对照微核率均值。所得数据经方差分析，经t检验，进行各浓度处理与空白对照间的差异显著性比较。2 结果与分析2.1 铊胁迫对蚕豆根尖细胞微核率及污染指数的影响铊胁迫对蚕豆根尖微核率有影响，基本表现为随铊质量浓度的升高微核率增大：铊含量1.0 gL-1以下时，各处理微核率与空白对照间无显著差异；铊含量1.03.0 gL-1质量浓度范围，微核率随铊含量增加而升高（见图1），当铊的质量浓度为2.0、3.0 gL-1时，微核率分别为22.69和51.51，与空白对照具有极显著差异（P0.01） (见表1)。123图1 铊对蚕豆根尖细胞微核的诱导Fig. 1 The inducement of thallium on micronucleus in Vicia faba root tip cells1. 正常根尖细胞; 2. 一个微核的根尖细胞; 3. 铊含量3 gL-1下的根尖细胞微核增多污染指数与微核率相关，故表现出随铊质量浓度的升高污染指数增大的规律（见表1）：铊含量0.7 gL-1以下时污染指数基本为1.0左右；铊含量1.0 gL-1时污染指数为1.77；2.0、3.0 gL-1时污染指数分别达到3.80和8.63。2.2 铊胁迫对蚕豆根尖细胞分裂的影响表2 铊对蚕豆根尖细胞分裂指数的影响Table 2 The effect of thallium on cell division index in Vicia faba root tip cellsTl含量/(gL-1)细胞分裂指数/%平均细胞分裂指数/%0（ck）10.07，9.71，11.86，10.21，7.01，11.48，15.0010.762.440.36.28，6.74，8.55，7.33，6.51，8.62，7.317.330.94 *0.59.54，8.98，10.58，6.38，7.1，13.01，9.939.38，4.92，9.17，10.24，7.99，9.43，8.558.091.861.09.95，10.64，10.8，11.09，10.05，12.55，13.711.251.382.09.06，10.09，10.02，7.69，10.91，10.279.671.143.018.75，14.12，12.69，11.59，8.99，5.5411.954.51注: *: p0.05; * : P0.01, 各处理组与空白对照组比较 表2表明，在铊0.3 gL-1质量浓度下，蚕豆根尖细胞分裂指数与空白对照相比受到显著抑制（P0.05）；但其它质量浓度范围，细胞分裂指数与空白对照无显著差异。表明铊含量较低时蚕豆根尖细胞分裂会受到一定抑制作用，但随含量升高，铊对细胞分裂的影响作用减弱。3 讨论表1 铊对蚕豆根尖细胞微核率及污染指数的影响Table 1 The effect of thallium on micronucleus frequenciesand pollution indexes in Vicia faba root tip cellsTl含量/(gL-1)微核率/平均微核率/污染指数0（ck）8.39, 3.63, 2.69, 7.93, 9.66, 4.42, 5.15.972.671.000.34.12, 4.96, 6.04, 7.93, 0.93, 4.84, 3.014.552.220.760.56.66, 7.48, 3.88, 4.91, 3.84, 2.00, 6.825.081.990.850.78.45, 4.17, 7.98, 6.83, 3.94, 2.98, 9.056.202.461.031.06.38, 7.79, 16.07, 6.52, 14.35,9.73,12.9610.54 3.931.772.033.68, 11.37, 25.79, 24.17, 9.59, 31.5922.6910.11*3.803.078.95, 27.49, 55.87, 38.04, 84.27, 24.4151.5125.80*8.63注: *: p0.05; * : P0.01, 各处理组与空白对照组比较 自1982年Degrass等建立蚕豆根尖微核检测系统以来，因材料易取、技术简单等优点，而成为广泛采用的环境生物学监测技术。由于不同蚕豆材料监测的结果有很大的差异，所以较低的本底微核率是试验成功的关键之一。在正常情况下，本底微核率不应高于千分之十11。本实验测试蚕豆本底微核率在千分之五左右，符合污染检测的要求。根据段昌群观点10，被检测物不应严重阻碍细胞分裂，否则会影响细胞微核检测结果的准确性。在本测定浓度下细胞分裂未受到明显抑制，也符合微核技术要求。微核(micronucleus)是理化因素作用于细胞，造成细胞分裂过程中染色体丢失或断裂而形成微核。当外界环境中存在致突变物时，会导致细胞微核率上升。本研究中，铊1.0 gL-1以上含量，蚕豆根尖微核率呈现出随铊含量的增加而明显增大的趋势，尤其当铊质量浓度为2.0、3.0 gL-1时，微核率极显著高于空白对照（P0.01），这表明铊2.0 gL-1以上质量浓度对细胞具有明显的毒害作用；但铊质量浓度1.0 gL-1以下时，微核率与空白对照相比差异不显著，这也表明1.0 gL-1以下对细胞无明显的遗传毒害作用；本研究还发现，铊对蚕豆根尖细胞分裂的影响作用较小：除了铊在0.3 gL-1较低含量下对细胞分裂指数有一定抑制作用外，随铊含量的增加，根尖细胞分裂并无显著影响。以上数据表明，铊在03.0 gL-1质量浓度范围内，对蚕豆根尖细胞微核的影响明显，而对细胞分裂的影响较弱。依据国家环境保护总局水污染评价标准：污染指数11.5为基本无污染，1.52.0为轻度污染，2.03.5 为中度污染，3.5以上为重度污染15。以此标准，铊含量2.0 gL-1以上为重度污染，1.0 gL-1左右为轻度污染。由于污染指数的产生是以微核率为基础，结合微核率的实际测定结果，铊含量1.0 gL-1时微核率与空白对照无显著差异，即1.0 gL-1的铊溶液与蒸馏水（空白对照）一样基本对细胞无害。因此，铊含量1.0 gL-1应属于安全浓度范围。美国环保局（USEPA）1993年制订了饮水中铊的最高允许值MCL(Maximum Contaminant Level) 为2 gL-1，最安全阀值MCLG(Maximum Contaminant Level Goals)为0.5 gL-1, 即饮用水中铊含量为0.5g L-1及以下时不会导致任何健康问题7；俄罗斯饮用水中铊安全标准为0.1 gL-18。张忠根据铊矿区村民长期饮用铊污染水引起不同程度的铊病而将水体划分为：铊含量小于1 gL-1为饮用安全水，15 gL-1为可饮用水，510 gL-1为非饮用水4。本研究确定水体中铊1.0 gL-1为安全含量，虽然高于俄罗斯标准，但低于美国环保局最高允许值，符合张忠的安全饮用水标准，具有理论和实际意义。但由于该研究主要依据微核技术为基础，存在一定的局限。因此，扩大动物、植物毒理学测试的种类和范围，以提供较全面的检测依据是进一步的研究方向。参考文献：1 Galvan-Arzate S, Santamaria A. 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Atmospheric emission and water pollution of thallium from industrial sources will result the possible adverse environment effects and human health problems. But now, quality control of thallium for drink water hasnt been established in China. In order to set foundations to perfect the water quality indexes and ecological risk assessment, genotoxicity of thallium in water using Vica faba root tip cel