蚕豆根尖微核试验在水环境污染物检测中的应用_贺磊

蚕豆根尖微核试验在水环境污染物检测中的应用贺磊，刘智峰（陕西理工学院化学与环境科学学院，陕西汉中723001）摘要：简述了蚕豆根尖微核试验的方法和评价指标，对其在地表水、工业废水、重金属污染水体和农药污染水体污染物检测中的应用进行了综述。

关键词：蚕豆根尖微核试验；污染物；微核千分率；污染指数中图分类号:X172文献标识码:A文章编号:1004-874X（2011）01-0171-03微核试验是以动植物为材料，采用细胞生物学手段，观测其出现的微核率来表示材料受遗传损伤程度的一种检测遗传毒物的方法。

微核是指位于细胞质中独立于主核、直径小于主核1/20~1/3、完全与主核分开的圆形或椭圆形的微小核，微核的产生主要是由外界损害因素(生物、物理、化学)作用于细胞后，导致细胞染色体丢失或断裂，从而在细胞质中形成一个或数个小核[1]。

微核试验现已发展为多种试验种类，总体上可分为哺乳动物的骨髓嗜多染红细胞和外周血细胞微核试验、人外周血淋巴细胞及上皮细胞微核试验、高等植物细胞微核试验。

而高等植物微核试验根据操作原理又可分为利用减数分裂形成微核的四分体微核试验和利用有丝分裂形成微核的根尖微核试验两种类型。

蚕豆(Vicia faba)是一种很好的细胞遗传学研究材料，蚕豆的染色体组型为6对相当大的染色体，而且根尖含有较多的分裂相细胞，非常适合显微观察，因此作为一种环境污染物的检测手段，已得到广泛的应用。

1986年蚕豆根尖微核试验被我国环保局列为水环境生物测试的规范方法，用于检测水体的致突变性。

1蚕豆根尖微核试验的方法和评价指标蚕豆微核技术检测环境污染物的诱变效应，常用蚕豆根尖细胞或叶尖细胞。

根尖细胞的制备主要有2种方法：（1）选择大小均匀的蚕豆种子，流水浸种10~24h、23~25℃催芽，当初生根长至1.2~1.5cm时，待测液浸泡处理2h，自来水冲洗，修复24h后，切取根尖，卡诺氏液固定，孚尔根染色、压片，观察计数间期细胞的微核千分率(MCN‰)。

（2）选取大小均匀的蚕豆种子，直接用待测液浸种24~48 h，吸涨后选取发育良好的种子，23~25℃下催芽，当根长至2~3cm时切取根尖，卡诺氏液固定，孚尔根染色、压片，计数微核千分率。

蚕豆叶尖细胞微核试验主要用于大气污染物的监测，将蚕豆播种或幼苗栽培于待测环境中使其叶片暴露10~30d，选取幼嫩叶尖，固定、染色、计数微核千分率[2]。

1983年，陈光荣等[3]提出了“污染指数法”，首先在国内建立了利用蚕豆初生根尖微核（Micro-nuclear）技术监测淡水污染的评价体系，该体系包括微核千分率（MCN‰）和污染指数（PI）2个指标：MCN‰=某测试样点（或对照组）观察到的MCN数×1000污染指数（PI）平均值在0~1.5为基本没有污染，1.5~ 2.5为轻污染，2.0~3.5为中污染，3.5以上为重污染。

2蚕豆根尖微核试验在水质监测中的应用2.1地表水质监测近年来，有学者将蚕豆根尖微核试验应用于地表水环境污染评价，主要集中在两个方面：一是利用微核试验评价水质的研究；二是微核千分率与水质指标相关性的研究。

李彩虹等[4]通过对广州7条河涌水质的蚕豆根尖细胞微核进行监测分析，结果表明全部受试水样均能引起微核千分率显著升高，除驷马涌受中度污染、东濠涌中度偏重度污染外，其他河涌均受到严重污染，测试结果显示水体中含有遗传毒性物质。

谢佳燕等[5]于2009年对武汉地表水水体进行检测研究，结果表明，各水样处理蚕豆根尖细胞后微核千分率为2‰~10‰，其中4个样点水样可显著诱导蚕豆根尖细胞形成微核，水样污染达中度污染水平，表明该市地表水中存在一定致突变性，具有明显的遗传毒性。

同时，这些污染较为严重的样点主要分布于水体流动性较差的湖泊中，因此水体流动性的增加可有效改善湖泊水质。

王晋飞等[6]通过研究太原晋阳湖水质对蚕豆根尖细胞微核的影响发现，用晋阳湖5个水样点的湖水处理蚕豆根尖细胞的微核百分率为0.267%~1.767%，其中渔场、电厂出水口、游泳处水样的污染较为严重，形成的微核率均高于0.7%，显著高于对照组水样。

张加玲等[7]通过研究饮用水中过量铁和锰对蚕豆根尖细胞微核率的影响发现，Mn对蚕豆根尖细胞微核率升高的作用不明显，过量的Fe有致突变作用。

熊勇等[8]研究昆明周边部分污染水体对蚕豆根尖细胞微核率的影响得出，水体污染程度与水体中存在致突变性物质的多少相关，但是水质诱变活性与化学需氧量没有直接关系。

张慧等在邕江南宁市区段河水诱发蚕豆根尖细胞的微核效应的研究中发现，水样中的MCN与NH3-N、COD呈极性显著相关，与DO则呈极显著负相关。

因此，地表水诱发蚕豆根尖细胞的微核效应可用来监测和评价其水质的污染状况。

张红收稿日期：2010-05-06基金项目：陕西省自然科学基础研究计划（2010JM7016）；陕西理工学院引进人才科研启动项目（SLGQD0710）作者简介：贺磊（1989-），男，在读本科生通讯作者：刘智峰（1979-），男，硕士，讲师，E-mail:liuzf@snut.广东农业科学2011年第1期171波等[9]通过对污水样微核千分率与COD值和BOD值关系的研究发现，固定的监测水体可利用微核千分率与COD值和BOD值的相关性，建立回归方程，用水样的COD值或BOD值来估计其微核率。

2.2工业废水处理工业废水有害成分复杂，利用蚕豆根尖细胞微核试验检测不同工业废水中“三致”污染物的研究非常广泛。

李宏[10]通过不同工业污水对蚕豆根尖细胞微核率的影响的研究发现，不同类型的工业污水对蚕豆根尖细胞微核率的影响有差异，其中化工和电池厂的污水诱导的蚕豆根尖细胞微核率最高，而农药厂和油漆厂污水诱导的蚕豆根尖细胞微核率较低。

白延明等[11]利用蚕豆根尖细胞微核试验技术检测5种工业废水，结果表明，农药厂和酿酒厂工业废水引起蚕豆根尖细胞微核率显著提高，并发现受试水样的MCN‰与COD具有显著相关性。

林宪策等[12]通过钻井废弃液的蚕豆根尖细胞微核试验发现大庆油田应用的3种主要钻井液遗传毒性较低，滤液的毒性大于全泥浆，并且遗传毒性随着钻井液含量的增加而加大。

张院民等[13]通过皂素废水对蚕豆根尖细胞微核率和幼苗干重影响的研究发现，皂素废水在较高浓度下，能够引起较高的微核率，满足一定的线性关系，成剂量-反应关系，且低浓度皂素废水能够刺激蚕豆幼苗生长发育。

同时，蚕豆根尖细胞微核率也反映了皂素废水中各种有害物质综合在一起的致突变性。

卢云中等对工业污染区繁缕微核的观察研究发现有染色体畸变的微核细胞小而圆，并且聚集成团出现，没有染色体畸变的正常细胞呈椭圆形，而且细胞较大。

综上所述，蚕豆根尖细胞的MCN‰在一定浓度范围内随工业废水浓度的增加而增大，且低浓度的工业废水能够刺激蚕豆幼苗生长发育。

农药厂、酿酒厂、电池厂及化工厂废水的遗传毒性较高，热电厂、造纸厂、化肥厂废水的遗传毒性相对较低，且各种工业污水的MCN‰与COD具有显著相关性。

2.3重金属污染水体高惠仙等[14]通过用蚕豆根尖微核试验监测Cu、Hg、Cr3种重金属污染，发现在一定浓度范围内，其微核率随重金属溶液浓度的升高而增加，但高于一定浓度后反而呈下降趋势。

同样浓度下，经重铬酸钾处理的蚕豆根尖细胞的微核率最高，乙酸铜次之，HgCl2最低，重铬酸钾的致畸效应最为明显。

朱志义等[15]通过对Pb2+诱发不同品种蚕豆根尖细胞微核形成的比较观察的研究发现，不同品种蚕豆的根尖细胞的微核率均随Pb2+浓度的增加而增加。

李海云等[16]通过对Cu2+、Cr6+、Hg2+诱导蚕豆根尖细胞微核效应进行研究发现3种金属离子单独存在时，在0~ 120mg/L Cu2+、0~80mg/L Cr6+、0~30mg/L Hg2+诱导的蚕豆根尖微核率均与其浓度呈正相关，Cr6+、Hg2+浓度继续增大时，3种金属离子的细胞遗传学毒性大小为Hg2+> Cr6+>Cu2+。

Cu2+与Cr6+共存时，Cu2+对Cr6+的蚕豆根尖微核效应影响较复杂，既有拮抗效应又有协同效应。

当Cu2+与Hg2+共存时，Cu2+对Hg2+的蚕豆根尖微核效应影响总体表现为拮抗效应。

朱志梅等[17]通过对Hg2+对蚕豆根尖细胞的微核效应进行研究发现，Hg2+能诱发较高的微核率，在一定浓度范围内，其微核率随Hg2+处理浓度的升高而增加，但高于一定浓度后,微核率不再上升，反而有下降的趋势。

何小金等[18]通过对重金属(Hg、As、Pb)污染的水体对蚕豆根尖细胞微核的诱变研究结果发现，不同浓度的HgCl2和As2O3均可使蚕豆根尖细胞微核率明显上升，即HgCl2和As2O3对蚕豆根尖具有明显的毒性效应—诱发突变(微核)。

蚕豆根尖微核率在铅离子浓度为0~25mg/L 时，随着硝酸铅处理浓度的升高而升高，说明硝酸铅是一种较强的诱变剂。

吴丽娜等[19]通过蚕豆根尖细胞微核试验以Hg（0.0005~1.0mg/L）、Cd（0.005~1.0mg/L）、As （0.05~2.0mg/L）、Cr6+（0.05~2.0mg/L）及Pb（0.05~3.0 mg/L）为诱变剂测定蚕豆根尖细胞的微核率并计算污染指数，研究发现Pb、Cd、As、Cr6+对蚕豆根尖细胞均具有一定的遗传毒性。

此外，张本延等[20]通过对Mn诱发蚕豆根尖细胞微核的研究发现，过量Mn也具有化学诱变作用。

上述研究表明，重金属化合物对蚕豆根尖细胞具有较强的致畸效应，其中以Cr、As、Hg对蚕豆根尖细胞的致畸效应最为明显。

2.4农药污染水体黎杰强等[21]用万灵、三氯杀螨醇、多菌灵3种常用农药不同质量浓度液处理蚕豆根尖发现，3种农药在正常使用质量浓度下对蚕豆根尖细胞有较强的遗传毒性。

唐正义等[22]用蚕豆根尖微核技术研究了3种农药(甲胺磷、甲基硫菌灵和盐酸吗啉胍)在正常使用浓度范围内的诱变效应，结果表明，3种农药单独使用时，农药浓度与微核率呈剂量-效应关系，且盐酸吗啉胍的诱变效应大于其他2种农药。

3种农药联合作用时，高浓度组具拮抗性，中低浓度组显示协同作用，微核率与农药浓度不表现剂量-效应关系。

卜宁等[23]研究了不同浓度农药百菌清、氯氰菊酯对蚕豆根尖细胞的遗传损伤，结果表明，百菌清、氯氰菊酯均能诱发较高的微核率，对蚕豆根尖细胞具有明显的遗传损伤，且在一定浓度范围内,随处理浓度的升高蚕豆根尖细胞的微核率增加，但高于一定浓度后微核率反而呈下降趋势。

周宏治[24]通过农药甲基对硫磷污染环境的微核进行研究发现，当甲基对硫磷浓度为1.13%~ 3.77‰时，具有极强的诱变效应，且呈现明显的效应关系。

鄢洪强等[25]应用除草剂新农乐、高盖、骠马对蚕豆根尖细胞进行微核诱变试验，结果表明，3种农药均表现良好的剂量和时间效应关系，显示了3种除草剂均具有一定程度的诱变活性。