自來水廠水源水及飲用水水質評價

摘要：運用蠶豆根尖細胞微核監測技術，以微核千分率為指標，對武漢市某自來水廠的水質進行評估。結果表明，隨著暴露時間的延長，各取樣點的蠶豆根尖微核千分率顯著升高，且與對照組相比具有顯著差異。選取暴露32 h的微核千分率計算其污染指數，判定該廠水源水和中間水為中度污染，自來水為輕度污染。因此，該廠作為武漢市飲用水的重要來源，其水質存在一定程度的污染，具有致細胞突變性。

關鍵詞：蠶豆根尖細胞；微核監測技術；水源水；飲用水；水質評價

中圖分類號：X824 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）02-0303-03

蠶豆根尖細胞微核監測技術是利用蠶豆初生根尖細胞對誘導物反應敏感的特點，以其靈敏度高、可靠性和實用性強，取材簡便，不受季節和氣候條件限制等優點而廣泛應用于各種污染物的遺傳性檢測[1-4]。利用蠶豆根尖細胞微核技術對武漢市長江水段及東湖、南湖等湖泊的水質已有一些評價，結果顯示這些地表水存在一定致突變性，具有明顯的遺傳毒性[5-7]。當前的研究主要基于武漢市地表水，而對城市飲用水凈化系統的安全評價研究還非常有限[8，9]。武漢市某自來水廠位于武漢市洪山區青菱鄉，其水源水來自長江水段白沙洲地區。此地區受重金屬污染，且新型建筑材料、印刷、發電及生物制品等工業又會帶來各種有毒有害的有機化學物質，如多氯聯苯類、硝基苯類、酚類、亞硝胺類等的復合污染脅迫。同時，該廠上游約3 km處的湯遜湖泵站、約4 km處的陳家山閘排出的污水也會對該廠取水口水質產生相關污染脅迫。為此，運用蠶豆根尖細胞微核技術，對該自來水廠中間處理水、自來水管網出水及水源水進行致突變物的遺傳毒性效應檢測。該方法簡單、靈敏，可有效地評價飲用水凈化系統潛在的遺傳毒性效應，為評價城市水源水及飲用水水質、保障城市居民的安全用水提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材料

水樣取自武漢市某自來水廠，該廠水處理采用絮凝沉淀與過濾后氯氣消毒凈化工藝，水樣采集共設3個采樣點，采樣點1為源頭水，即待凈化工藝處理的白沙洲段長江水樣；采樣點2為中間水樣，采集氯化消毒工藝前的水樣；采樣點3為直接取自于用戶終端的自來水水樣。水處理工藝流程及具體采樣點見圖1。每個采樣點平行取3個水樣，每個水樣1 000 mL。試驗采用去離子水作為陰性對照。所用蠶豆購于華中農業大學，為當地農民自種的無污染松滋青皮豆。

1.2 方法

包括浸種、催芽、染毒、恢復培養、固定、孚爾根（Feulgen）染色等步驟[10]。首先是蠶豆浸種催芽。將蠶豆種子放入裝有去離子水的燒杯中，在25 ℃的溫箱內，浸泡20～30 h，此期間換水2～3次，換用的水事先置于25 ℃的溫箱預熱。待種子吸脹后，用紗布松松包裹置于解剖盤內，在25 ℃的溫箱中催芽12～24 h。待種子初生根露出2～3 mm時選取發芽良好的種子，放入鋪有薄層濕脫脂棉的解剖盤內，置于25 ℃的溫箱中繼續催芽，保持濕度。再經36～48 h，種子大部分初生根長至2～3 cm，根毛發育良好。其次是暴露處理。每一處理選取6粒初生根尖生長良好、根長一致的種子，放入盛有進行不同試驗周期的水樣中暴露試驗。暴露結束后恢復培養。將處理的種子用去離子水浸洗8次，每次2～3 min，洗凈后的種子放入新鋪好濕脫脂棉的解剖盤內，于25 ℃的恒溫箱中，保持適度的培養條件使根尖細胞恢復24 h。然后是根尖細胞固定。將恢復后的種子從根尖頂端切下1 cm長的幼根放人青霉素瓶中，加卡諾氏固定液固定24 h。孚爾根（Feulgen）染色階段，將固定好的幼根在青霉素瓶中用去離子水浸洗2次，每次5 min。吸干去離子水，用5 mol/L的HCl浸泡幼根，連瓶放入28 ℃水浴鍋中水解幼根25 min，直至幼根被軟化。用去離子水浸洗幼根2次，每次5 min。在暗室或遮光條件下加席夫（Schiff）試劑，每瓶用量以淹沒幼根液面高出2 mm為宜。除去染液，用SO2洗滌液浸洗幼根2次，每次5 min。再用去離子水浸洗1次，每次5 min。制片時，將幼根放在潔凈的載玻片上，用解剖針截除根冠區，截留下1 mm左右的根尖分生區。滴上少許45%的醋酸溶液，用解剖針將根尖搗碎。加蓋一清潔的蓋玻片，注意不要有氣泡。再在蓋玻片上加一小塊濾紙，輕輕敲打壓片，使細胞均勻散開。最后鏡檢，將制片先置于顯微鏡低倍鏡（物鏡10×）下，找到分生組織區細胞分散均勻、膨大、分裂相較多的部位，再轉到高倍鏡（物鏡40×）下進行鏡檢。每一處理觀察3個根尖，每個根尖計數1 000個細胞中的微核數。

1.3 數據處理

試驗數據采用DPS 9.50統計軟件進行分析處理，求出每個處理的平均微核千分率、有絲分裂指數和標準誤（SE），并計算污染指數（PI）。PI為0.50～1.50基本沒有污染；PI 1.51～2.00為輕度污染；PI 2.01～3.50為中度污染；PI 3.51以上為重度污染。同時對各水樣處理的蠶豆根尖細胞微核千分率進行單因素方差分析，P<0.05和P<0.01分別代表與對照組相比處理結果差異顯著和極顯著。計算公式如下：

微核千分率=（微核細胞數/觀察細胞數）×1 000‰

污染指數（PI）=樣品實測微核千分率平均值/對照組微核千分率平均值。

2 結果與分析

2.1 不同采樣點水樣在不同暴露時間下蠶豆根尖細胞的遺傳毒性效應

試驗選取8、16、24、32及72 h共5個暴露時間來研究不同采樣點水樣對蠶豆根尖細胞微核的誘導周期效應，結果見表1。對照組微核千分率維持在1.93‰～5.87‰，滿足《環境監測技術規范》本底微核千分率在10‰以下的要求。而各處理組水樣隨著暴露時間的延長其產生的致突變性增加，蠶豆根尖細胞微核千分率呈上升趨勢，且與對照組相比具有顯著或極顯著差異，暴露至32 h時達到最大值，取自源頭水的水樣1此時達到17.53‰，微核千分率明顯高于其他暴露時間點，此時蠶豆根尖細胞活性均處于旺盛狀態，對水樣中遺傳物質誘變劑的反應敏感，進一步延長暴露時間至72 h，蠶豆根尖細胞微核千分率降低至16.67‰，其可能的原因為蠶豆暴露時間過長，根尖細胞損傷嚴重，分裂活性降低，導致根尖細胞對誘變劑的敏感度下降，從而微核千分率也較低。隨暴露時間的延長，各采樣點水樣對蠶豆根尖細胞微核的誘導呈非線性的曲線規律（圖1），擬合得到的回歸方程見表2。

2.2 不同采樣點水樣的污染指數

表1顯示，各水樣在暴露時間為32 h時，蠶豆根尖細胞的微核千分率達到最高，同時此時蠶豆根尖細胞活性處于旺盛狀態，細胞分裂程度基本保持一致，因而選擇32 h作為最佳暴露時間，采用污染指數（PI）來評價各水樣遺傳毒性脅迫程度，以避免因試驗條件等因素帶來的微核千分率本底的波動。

各水樣分別取自源頭水、中間水及自來水，屬于一個完整的自來水處理系統的3種不同水質狀態。由圖3可以看出，水樣1、水樣2及水樣3的污染指數依次降低，水樣1、水樣2為中度污染，水樣3為輕度污染，可見混凝沉淀及過濾消毒工藝對水質的凈化起到了積極作用，源頭水經處理后，自來水中的微核千分率降低、致突變效應減小，水質比源頭水有所改善。

2.3 自來水誘導的蠶豆根尖細胞微核效應

氯消毒作為我國目前城市給水的重要凈水工藝，自1980年問世以來，在殺滅水中微生物、防止疾病的傳染方面發揮了重大作用，然而氯作為消毒劑使用的同時也有其副作用。該自來水廠采用液氯作為消毒劑，從表1可以看出，取自自來水管網終端的水樣3暴露8 h的微核千分率達10.03‰，顯著高于該時間點的源頭水和中間水所產生的微核千分率。

隨著自來水在管道中持續流動，氯的某些殘留物因揮發作用而導致水樣中污染物質濃度降低，遺傳毒性減小，表現為24、32、72 h 3個暴露時間的自來水產生的微核千分率均小于暴露時間16 h的自來水。

自來水在輸送管網中，氯的殘留物可能會和管道壁構中的一些化學物質反應，如與腐植酸等有機物氯化脫碳，形成氯仿等三氯甲烷類潛在致突變物質，從而導致新的致突變物質的產生[11，12]。另外，自來水在加壓、輸送、存儲等過程中，由于管網的常年使用，管內壁上積累了不同程度的有毒有害物質，且輸送管道一般為鍍鋅管，其長時間在自來水中比較容易生銹、結垢、腐蝕，這些鐵銹溶解到自來水中，導致水質受到污染，表現為蠶豆根尖細胞對自來水的致突變效應敏感，微核千分率高。

3 結論

武漢市某自來水廠的源頭水及中間水可以顯著誘導蠶豆根尖細胞微核的發生，其源頭水受到不同程度的污染，具有潛在的致突變效應。源頭水經處理后，自來水中的微核千分率降低、致突變效應減小，水質比源頭水有所改善。但是，水廠采用液氯消毒方式，其處理后的自來水仍舊可以引起較高的微核千分率，說明這種目前國內通常采用的氯化消毒法產生的消毒副產物也具有較強的遺傳毒性。因此，應采取有效措施保護水源免受進一步污染，并進一步改進水處理工藝，有效地去除水源水中的污染物質，避免出現附加毒性效應，從而保證城市居民飲用水的安全。

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