植物微核技術在水質監測中的應用

　　摘 要： 植物微核技術是一種經濟、簡便、可靠的生物學短期測試方法，在環境污染檢測研究尤其是水體的污染檢測中有很大的應用價值。本文對微核技術的發展建立、原理及其在水質監測中的應用情況進行了綜述。
　　關鍵詞： 植物微核技術 原理 環境污染 水質監測
　　
　　近年來隨著工、農業的快速發展，人類活動的加劇，人們排放的廢物嚴重污染了我們的生活環境，使環境中的有毒污染物日益增加，這些污染物不僅破壞了生態系統的平衡，而且對人類的生存造成了極大的威脅，環境污染已經成為全球共同關注的熱點問題。為了檢測出已經存在或潛在的危害，各種環境監測技術也應運而生，植物微核技術是根據遺傳學上染色體畸變的原理而建立的一種環境污染的生物監測方法，在對大氣、土壤、水環境中的各種有毒物質的遺傳毒性檢測方面得到了廣泛應用［１］。
　　1.植物微核技術的建立及發展
　　微核技術（micrnucleus technology）是根據遺傳學上染色體畸變的原理建立的，是以動植物為材料，利用細胞生物學方法觀察其出現的微核率來表示材料受遺傳損傷程度的一種檢測方法。微核技術創建于20世紀70年代初，Matter和Schmid等在研究人類和哺乳動物細胞損傷時，初步建立了間期細胞的微核測定技術。1978年美國西伊立諾大學的馬德修以紫露草為材料，通過花粉母細胞4分體微核數量作為測定環境污染技術，取得了良好效果［１］。20世紀80年代初期，美國的Degraas建立了蠶豆次生根尖微核檢測系統［２］。此后越來越多的人采用各種植物微核技術進行不同領域的檢測研究。實驗證明，利用植物微核監測技術監測水質污染、大氣污染和土壤污染，是一種行之有效的方法。1980年美國國家環保局將此方法確定為監測環境污染的常規項目，我國也于1986年將其編入《環境監測技術規范》。
　　植物微核技術最早主要應用于監測環境污染，后來逐漸發展成為農藥、殺蟲劑、食品添加劑等毒理學檢測的一項普遍技術。目前，植物微核技術發展較快，除紫露草外，又研究出了很多適合的植物材料，如蠶豆根尖、葉尖、大蒜根尖等，并建立了監測地表水、地下水、飲用水源水、飲用水、工業廢水、海水等不同的測試系統。深入研究植物微核技術在水質監測中的應用，對于指導和完善水和廢水的生物危害性測定及評價，進而深入保護我國水源及水質安全性評價均具有重要的意義。
　　2.植物微核技術的原理
　　微核是指位于生物細胞的細胞質中獨立于主核，直徑小于1/20—1/3，完全與主核分開的圓形或橢圓形的小核，它可以是整條染色體或染色體斷片，其染色性與主核一致，其中部分微核具有DNA復制能力。細胞的染色體在復制過程受損時經常會發生一些斷裂或丟失，細胞進入下一次分裂時，斷裂的染色體沒有著絲粒，不能隨有絲分裂進入子細胞，以游離的方式存在于細胞質中，從而形成一個或數個小核。因此在細胞分裂后就可以觀察統計微核的個數，以此評估環境污染導致染色體畸變的程度，從而間接地體現環境污染的程度。實驗中以微核率來表示材料受遺傳損傷程度。微核率是指生物材料經細胞生物學方法制片后，在顯微鏡下觀測的1000個細胞當中微核細胞所占的比率，也可以每個細胞當中微核的平均值來計算。微核千分率=（觀察細胞中具有微核的細胞數/所有觀察的細胞數）×1000‰。
　　3.植物微核技術在水質監測研究中的應用
　　植物微核技術是一種有效的生物學短期測試方法，在環境監測方面發揮了重要作用。以下分別就植物微核技術在水質監測地表水、飲用水、工業廢水、生活污水、海水等方面的研究作簡要介紹。
　　3.1地表水
　　地表水是人類賴以生存的基礎，與人們的生活和生產息息相關。植物微核技術因具有前述的諸多優點而被廣泛運用于地表水監測的研究，目前已成為揭示水質生物危害性測定及評價不可或缺的工具。陳光榮篩選出了一個理想的敏感性高的蠶豆品種——松滋青皮豆，并首次運用該技術監測青山湖污染。后來提出了“污染指數”評判標準，為類似的水質檢測研究提供了有益的借鑒和指導。趙淑媛在哈爾濱松花江上下游設四個采樣點，采用蠶豆根尖細胞微核試驗測試其蠶豆根尖細胞微核率和污染指數來檢測其水質［３］。周立人等采用蠶豆根尖微核技術對南淝水河水體七個采樣點進行了測定。結果表明：除董鋪水庫水源基本無污染外，其余各點均有不同程度的污染［４］。另外，王煥校、徐鑫成等也利用蠶豆根尖植物微核技術對松花江流域阿什河段的水質污染進行了監測。近年來利用紫露草、紫竹梅4分體微核技術，蠶豆、大蒜、洋蔥、水花生等根尖細胞微核技術監測河流、湖泊等方面的研究多有報道，表明植物微核技術正日趨完善，便于規范化推廣應用。
　　3.2飲用水
　　飲用水安全與人體健康直接相關。由于飲用水中存在大量氯的衍生物，此類有機物大都呈低劑量長期暴漏的特點，常規的理化分析不足以對水質狀況作出全面的評價。因此，有必要建立一種有效的測試方法評價水中有機物對生物特別是對人體的遺傳毒性，以準確直觀地反映對人體健康的潛在危害。植物微核技術對低濃度的有機物非常敏感，可通過微核率、雙核率、有絲分裂指數、染色體畸變率等一系列指標得以體現，是一種快速、有效的體外短期生物學檢測方法。
　　3.3工業廢水
　　多年來工業廢水的監督檢測主要采用常規的物理和化學監測方法。理化方法雖能精確地分析廢水的污染成分，但不能直接反映出廢水污染環境后引起的生物學效應，以及污染物質潛在的長期的危害性，尤其是污染物質的遺傳毒性。植物微核技術能反映出誘變污染物對生物遺傳物質的綜合毒性和破壞程度，是監測工業廢水的良好方法。劉瑞祥等利用蠶豆根尖微核技術檢測合成氨工業水的遺傳毒性，結果表明：洗煤氣水、洗甲醇水均具有較強的致突變性。這也是首次報道合成氨工業水的生物毒性檢測。
　　3.4海水
　　海洋污染生物學監測也是水環境監測研究的重要領域之一。使用較多的方法有微型生物群落分析法（PFU法）和海膽受精卵發育異常法兩種。但由于受季節、氣候、材料采集等影響，實驗操作上有一定難度，發光細菌法在國內應用也不普遍。因此，建立一種簡便可靠、適用于實驗室操作的海洋生物學監測新方法有著顯著的意義。馬明輝等分別用紫露草和蠶豆根尖微核技術對我國金海海水的污染狀況進行了研究，提示了該技術用于海水污染監測的可能性，并提出了污染指數劃分海水污染等級的初步標準。
　　植物微核技術自問世以來，作為一種經濟、簡便、可靠的短期生物學監測方法而被廣泛應用于水質檢測研究的諸多領域。但是，植物微核技術也有其局限性：它適合于測試潛在染色體損傷的因子，但無法測出作用于特殊組織或不能達到靶細胞，以及僅僅誘發基因突變的因子；它見長于短期測試，而不適合于積蓄作用和慢性誘變力的檢測；機理研究深入不夠，新的檢測技術探索不夠；技術和方案的標準化工作有待進一步發展。
　　
　　參考文獻：
　　［1］Heddie J A，Cin ino M C，Hayash iM，et al.M icronue lei as an index of cy togentic dam age Past Present and Future［J］.Environ M ole M utagen，1991，1&277-291.
　　［2］黃坤艷.植物微核技術在環境污染監測中的建立與應用［J］.北京農業，2009，9，（25）：14-15.
　　［3］趙淑媛.蠶豆根尖微核試驗在松花江水致突變性研究中的應用［J.］.環境與健康雜志，1999，16，（5）：287-288.
　　［4］周立人，魏曉飛，唐曉敏.南淝河水體誘變物污染的植物微核監測［J］.安徽農業科學，2002，30，（5）：656-658.