微囊藻毒素與飲用水有機提取物聯(lián)合致DNA損傷研究.pdf

1、自20世紀70年代以來，關于人工合成有毒有機物的研究在世界范圍內(nèi)逐漸興起，飲用水水源中有毒有機物污染的監(jiān)測和控制已成為工業(yè)國家的環(huán)境衛(wèi)生領域的研究熱點。目前全球合成有機物的總量已達2.5億噸，種類增加到700多萬種，而且還在以每年數(shù)千種的速率在增長，這其中估計有1萬多種有機物已經(jīng)并正在通過各種途徑特別是工業(yè)污染物經(jīng)水體排放而進入環(huán)境中，而這其中又有很多為有毒的有機物，尤其是一些具有致癌、致畸、致突變作用的“三致”有機毒物。這些合成的有機

2、物不易被微生物降解，容易在環(huán)境中積累和擴散，有的則通過飲用水途徑直接進入人體內(nèi)，已經(jīng)對人類的健康構成了嚴重的危害。但由于水中的微量有機物種類繁多,含量低(通常在μg/L 或ng/L數(shù)量級),一般檢測方法的靈敏度達不到要求,不易直接檢測，要得到準確的測定結果，除需要靈敏度、精密度高的測定儀器和先進的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)外，通常需要高效的富集技術。大孔吸附樹脂是20世紀70年代發(fā)展出來的一種具有多孔立體結構人工合成的新型聚合物吸附劑。理化性質(zhì)穩(wěn)定,

3、不溶于酸、堿及有機溶媒,對有機物有濃縮、分離的作用,且不受無機鹽類及強離子、低分子化合物的干擾。大孔吸附樹脂具有吸附力強、富集倍數(shù)高、可再生、污染少等特點，可富集水環(huán)境中μg/L級甚至ng/L級痕量有機物，因而被廣泛應用于富集水中微量有機化合物。 隨著湖泊富營養(yǎng)程度的加劇而產(chǎn)生的藻類“水華”(algal bloom)危害己引起世界各國環(huán)境科學家的重視，其中最大的危害之一是由有毒藻類繁殖而引起的水體藻毒素污染。在所有的藻毒素中，由

4、銅綠微囊藻產(chǎn)生的微囊藻毒素(microcystins，MCs)是分布最廣且對人體危害最大的一類藻毒素。微囊藻毒素是一種很強的大田軟海綿酸類型的促癌劑，可誘導肝細胞毒性和強促癌活性。流行病學資料表明，在我國一些原發(fā)性肝癌高發(fā)地區(qū)，飲用塘溝水的人群肝癌發(fā)病率是飲用深井水人群的8倍，而在這些塘溝水中檢出大量的MCs。國內(nèi)施瑋等利用彗星試驗研究發(fā)現(xiàn)，在不引起細胞毒性的劑量下，微囊藻毒素-LR能在HL-7702細胞中造成劑量依賴的DNA損傷，說明

5、其可能具有直接遺傳毒性，即具有直接損傷遺傳物質(zhì)DNA的作用。 飲用水中混合有機提取物已經(jīng)被證明對細胞具有損傷作用,可以導致細胞的氧化損傷，DNA鏈的斷裂,還可以誘導細胞癌基因和抑癌基因的表達異常，具有致突變性。國內(nèi)已有有學者研究表明，常規(guī)凈水工藝對藻毒素的去除作用有限，而且經(jīng)加氯消毒后，有毒藻類細胞破裂死亡后可能會釋放出更多的藻毒素，因此，現(xiàn)實中藻毒素與飲用水中的各種有機污染物和氯化消毒副產(chǎn)物是可以同時存在的，可能會導致飲用水的

6、致突變性和潛在致癌風險進一步增加。因此，對于涉及飲用水衛(wèi)生安全的研究不應僅局限在單一毒物危害的方面，而應考慮其中可能的聯(lián)合增強毒性作用。 本研究選用了XAD系列大孔吸附樹脂中有代表性的XAD-2、XAD-8樹脂，以及自行配制的1比1體積XAD-2/8混合樹脂，測定和比較這三種不同類型樹脂對飲用水中有機污染物的靜態(tài)吸附率以及動態(tài)吸附曲線；對這類型樹脂的吸附富集性能進行較為系統(tǒng)的研究。并采用樹脂固相萃取飲用水中微量有機物的富集技術，

7、利用色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析技術(GC-MS)對武漢漢江水源飲用水中的有機物種類進行測定分析。同時，運用單細胞凝膠電泳實驗(SCGE)，以代謝酶較為完整的人肝腫瘤（HepG2）細胞為受試細胞，研究微囊藻毒素MC-LR與飲用水混合有機提取物聯(lián)合致HepG2細胞DNA的損傷作用，運用析因分析方法探討其中可能的聯(lián)合作用類型。 本論文由三部分組成： 第一部分大孔吸附樹脂對飲用水有機污染物的吸附性能研究 選用了XAD系列大孔吸附

8、樹脂中有代表性的XAD-2、XAD-8樹脂，以及自行配制的1比1體積XAD-2/8混合樹脂，采用紫外分光光度計，以水樣在254nm波長下測定的紫外吸光度(UV254)來指示水樣中的有機物濃度；利用水樣吸附前后在254nm波長下紫外吸光度的差異來表示樹脂的吸附效果。測定和比較這三種不同類型樹脂對飲用水中有機污染物的靜態(tài)吸附率以及動態(tài)吸附曲線；對這類型樹脂的吸附富集性能進行較為系統(tǒng)的研究。結果顯示：XAD-2、1比1體積XAD-2/8混合樹

9、脂以及XAD-8樹脂的靜態(tài)吸附率分別為75.77％、58.76％和32.61％；XAD-2樹脂動態(tài)吸附效率整體上要優(yōu)于混合樹脂及XAD-8樹脂，而混合樹脂的動態(tài)吸附效率介于XAD-2及XAD-8樹脂之間。同時，過柱流速越低，樹脂對有機物的吸附效率越高；且隨著過水體積的增大，樹脂的吸附效能降低，并逐漸趨于平穩(wěn)狀態(tài)。當末梢水中非極性有機物居多時，XAD-2樹脂的吸附效率優(yōu)于另外的兩種類型樹脂。但當富集水樣體積較大時，混合樹脂的吸附效能最佳。

10、實驗中發(fā)現(xiàn)XAD-2非極性樹脂吸附的有機物的量較多,大于1比1體積XAD-2/8混合樹脂以及XAD-8極性樹脂，可能這也與飲用水中非極性有機物的含量較高有關。在樹脂吸附有機物的種類上，XAD-2樹脂、混合樹脂及XAD-8樹脂所富集到的有機物種類分別為77種、155種和107種，表明混合樹脂在吸附有機物的種類上優(yōu)于單種樹脂。 第二部分武漢漢江水源飲用水中有機物GC-MS鑒定和分析 使用XAD系列大孔吸附樹脂，采用樹脂固相萃

11、取飲用水中微量有機物的富集技術，利用色譜-質(zhì)譜聯(lián)用分析技術(GC-MS)對武漢漢江水源的飲用水中的有機物種類進行測定分析。結果顯示：XAD-2樹脂、混合樹脂及XAD-8樹脂所富集到的有機物種類分別為77種、155種和107種。同等條件下，XAD-2樹脂吸附有機物量多，而XAD-8樹脂吸附的有機物種類較全，將極性和非極性樹脂混合更適于吸附水體全有機物；當需要富集水樣中較多的非極性有機物時，XAD-2非極性樹脂的吸附能力優(yōu)于XAD-8（極性

12、）和XAD-2/8混合樹脂。而對大體積水樣而言，若要同時兼顧吸附有機物的量和種類時，則使用XAD-2/8等比例混合樹脂并增大水樣體積的吸附效能則最佳。此次GC-MS測定中，以武漢漢江為水源的飲用水中一共檢出155種有機物。飲用水中有毒有機物以苯二羧酸類、鄰苯二甲酸酯(酞酸)類和脂肪酸類為主。 第三部分微囊藻毒素MC-LR與飲用水有機提取物聯(lián)合致HepG2細胞DNA損傷 運用單細胞凝膠電泳實驗(SCGE)，以代謝酶較為完整

13、的人肝腫瘤(HepG2)細胞為受試細胞，研究微囊藻毒素MC-LR與飲用水混合有機提取物聯(lián)合致HepG2細胞DNA的損傷作用。結果發(fā)現(xiàn)：(1) 30ml/mL混合有機物單獨染毒劑量下，HepG2細胞的Olive尾矩值與正常對照組無顯著性差異(P值為0.1426)；而當藻毒素MC-LR的染毒劑量增加時，HepG2細胞的Olive尾矩值逐漸增大，呈明顯的劑量-依賴關系；(2) 各劑量的藻毒素與混合有機物聯(lián)合染毒時，隨著藻毒素濃度的增加，聯(lián)合染

14、毒組的HepG2細胞的Olive尾矩值逐漸增大；各聯(lián)合染毒組與混合有機物單獨組相比，隨著藻毒素濃度的增加，聯(lián)合染毒組與混合有機物單獨組的Olive尾矩值差異的顯著性逐漸增加?；旌嫌袡C物與低濃度藻毒素的聯(lián)合染毒組與單獨混合有機物組相比Olive尾矩值沒有顯著性差異(P值為0.9299)，混合有機物與中、高濃度藻毒素的聯(lián)合染毒組與單獨混合有機物組相比Olive尾矩值出現(xiàn)顯著性差異(P值均小于0.0001)。同樣，各聯(lián)合染毒組與正常組相比，隨

15、著藻毒素濃度的增加，Olive尾矩值差異的顯著性也逐漸增加。這一結果提示藻毒素MC-LR與混合有機物在致HepG2細胞DNA損傷的影響方面存在聯(lián)合作用。(3) 藻毒素與混合有機物聯(lián)合染毒組與相對應的各劑量藻毒素單獨組相比，與低、中劑量藻毒素單獨組相比Olive尾矩值無顯著性差異，與藻毒素的高劑量單獨組相比均有顯著性差異。(4) 運用析因分析統(tǒng)計學方法研究藻毒素MC-LR與混合有機提取物聯(lián)合作用類型，發(fā)現(xiàn)飲用水混合有機提取物與藻毒素兩種物