微囊藻毒素与饮用水有机提取物联合致DNA损伤研究

论文摘要

自20世纪70年代以来,关于人工合成有毒有机物的研究在世界范围内逐渐兴起,饮用水水源中有毒有机物污染的监测和控制已成为工业国家的环境卫生领域的研究热点。目前全球合成有机物的总量已达2.5亿吨,种类增加到700多万种,而且还在以每年数千种的速率在增长,这其中估计有1万多种有机物已经并正在通过各种途径特别是工业污染物经水体排放而进入环境中,而这其中又有很多为有毒的有机物,尤其是一些具有致癌、致畸、致突变作用的“三致”有机毒物。这些合成的有机物不易被微生物降解,容易在环境中积累和扩散,有的则通过饮用水途径直接进入人体内,已经对人类的健康构成了严重的危害。但由于水中的微量有机物种类繁多,含量低（通常在μg/L或ng/L数量级）,一般检测方法的灵敏度达不到要求,不易直接检测,要得到准确的测定结果,除需要灵敏度、精密度高的测定仪器和先进的数据处理系统外,通常需要高效的富集技术。大孔吸附树脂是20世纪70年代发展出来的一种具有多孔立体结构人工合成的新型聚合物吸附剂。理化性质稳定,不溶于酸、碱及有机溶媒,对有机物有浓缩、分离的作用,且不受无机盐类及强离子、低分子化合物的干扰。大孔吸附树脂具有吸附力强、富集倍数高、可再生、污染少等特点,可富集水环境中μg/L级甚至ng/L级痕量有机物,因而被广泛应用于富集水中微量有机化合物。随着湖泊富营养程度的加剧而产生的藻类“水华”（algal bloom）危害己引起世界各国环境科学家的重视,其中最大的危害之一是由有毒藻类繁殖而引起的水体藻毒素污染。在所有的藻毒素中,由铜绿微囊藻产生的微囊藻毒素（microcystins,MCs）是分布最广且对人体危害最大的一类藻毒素。微囊藻毒素是一种很强的大田软海绵酸类型的促癌剂,可诱导肝细胞毒性和强促癌活性。流行病学资料表明,在我国一些原发性肝癌高发地区,饮用塘沟水的人群肝癌发病率是饮用深井水人群的8倍,而在这些塘沟水中检出大量的MCs。国内施玮等利用彗星试验研究发现,在不引起细胞毒性的剂量下,微囊藻毒素-LR能在HL-7702细胞中造成剂量依赖的DNA损伤,说明其可能具有直接遗传毒性,即具有直接损伤遗传物质DNA的作用。饮用水中混合有机提取物已经被证明对细胞具有损伤作用,可以导致细胞的氧化损伤,DNA链的断裂,还可以诱导细胞癌基因和抑癌基因的表达异常,具有致突变性。国内已有有学者研究表明,常规净水工艺对藻毒素的去除作用有限,而且经加氯消毒后,有毒藻类细胞破裂死亡后可能会释放出更多的藻毒素,因此,现实中藻毒素与饮用水中的各种有机污染物和氯化消毒副产物是可以同时存在的,可能会导致饮用水的致突变性和潜在致癌风险进一步增加。因此,对于涉及饮用水卫生安全的研究不应仅局限在单一毒物危害的方面,而应考虑其中可能的联合增强毒性作用。本研究选用了XAD系列大孔吸附树脂中有代表性的XAD-2、XAD-8树脂,以及自行配制的1比1体积XAD-2/8混合树脂,测定和比较这三种不同类型树脂对饮用水中有机污染物的静态吸附率以及动态吸附曲线;对这类型树脂的吸附富集性能进行较为系统的研究。并采用树脂固相萃取饮用水中微量有机物的富集技术,利用色谱-质谱联用分析技术（GC-MS）对武汉汉江水源饮用水中的有机物种类进行测定分析。同时,运用单细胞凝胶电泳实验（SCGE）,以代谢酶较为完整的人肝肿瘤（HepG2）细胞为受试细胞,研究微囊藻毒素MC-LR与饮用水混合有机提取物联合致HepG2细胞DNA的损伤作用,运用析因分析方法探讨其中可能的联合作用类型。本论文由三部分组成:第一部分大孔吸附树脂对饮用水有机污染物的吸附性能研究选用了XAD系列大孔吸附树脂中有代表性的XAD-2、XAD-8树脂,以及自行配制的1比1体积XAD-2/8混合树脂,采用紫外分光光度计,以水样在254nm波长下测定的紫外吸光度（UV254）来指示水样中的有机物浓度;利用水样吸附前后在254nm波长下紫外吸光度的差异来表示树脂的吸附效果。测定和比较这三种不同类型树脂对饮用水中有机污染物的静态吸附率以及动态吸附曲线;对这类型树脂的吸附富集性能进行较为系统的研究。结果显示:XAD-2、1比1体积XAD-2/8混合树脂以及XAD-8树脂的静态吸附率分别为75.77%、58.76%和32.61%;XAD-2树脂动态吸附效率整体上要优于混合树脂及XAD-8树脂,而混合树脂的动态吸附效率介于XAD-2及XAD-8树脂之间。同时,过柱流速越低,树脂对有机物的吸附效率越高;且随着过水体积的增大,树脂的吸附效能降低,并逐渐趋于平稳状态。当末梢水中非极性有机物居多时,XAD-2树脂的吸附效率优于另外的两种类型树脂。但当富集水样体积较大时,混合树脂的吸附效能最佳。实验中发现XAD-2非极性树脂吸附的有机物的量较多,大于1比1体积XAD-2/8混合树脂以及XAD-8极性树脂,可能这也与饮用水中非极性有机物的含量较高有关。在树脂吸附有机物的种类上,XAD-2树脂、混合树脂及XAD-8树脂所富集到的有机物种类分别为77种、155种和107种,表明混合树脂在吸附有机物的种类上优于单种树脂。第二部分武汉汉江水源饮用水中有机物GC-MS鉴定和分析使用XAD系列大孔吸附树脂,采用树脂固相萃取饮用水中微量有机物的富集技术,利用色谱-质谱联用分析技术（GC-MS）对武汉汉江水源的饮用水中的有机物种类进行测定分析。结果显示:XAD-2树脂、混合树脂及XAD-8树脂所富集到的有机物种类分别为77种、155种和107种。同等条件下,XAD-2树脂吸附有机物量多,而XAD-8树脂吸附的有机物种类较全,将极性和非极性树脂混合更适于吸附水体全有机物;当需要富集水样中较多的非极性有机物时, XAD-2非极性树脂的吸附能力优于XAD-8（极性）和XAD-2/8混合树脂。而对大体积水样而言,若要同时兼顾吸附有机物的量和种类时,则使用XAD-2/8等比例混合树脂并增大水样体积的吸附效能则最佳。此次GC-MS测定中,以武汉汉江为水源的饮用水中一共检出155种有机物。饮用水中有毒有机物以苯二羧酸类、邻苯二甲酸酯（酞酸）类和脂肪酸类为主。第三部分微囊藻毒素MC-LR与饮用水有机提取物联合致HepG2细胞DNA损伤运用单细胞凝胶电泳实验（SCGE）,以代谢酶较为完整的人肝肿瘤（HepG2）细胞为受试细胞,研究微囊藻毒素MC-LR与饮用水混合有机提取物联合致HepG2细胞DNA的损伤作用。结果发现:（1） 30ml/mL混合有机物单独染毒剂量下,HepG2细胞的Olive尾矩值与正常对照组无显著性差异（P值为0.1426）;而当藻毒素MC-LR的染毒剂量增加时,HepG2细胞的Olive尾矩值逐渐增大,呈明显的剂量-依赖关系;（2）各剂量的藻毒素与混合有机物联合染毒时,随着藻毒素浓度的增加,联合染毒组的HepG2细胞的Olive尾矩值逐渐增大;各联合染毒组与混合有机物单独组相比,随着藻毒素浓度的增加,联合染毒组与混合有机物单独组的Olive尾矩值差异的显著性逐渐增加。混合有机物与低浓度藻毒素的联合染毒组与单独混合有机物组相比Olive尾矩值没有显著性差异（P值为0.9299）,混合有机物与中、高浓度藻毒素的联合染毒组与单独混合有机物组相比Olive尾矩值出现显著性差异（P值均小于0.0001）。同样,各联合染毒组与正常组相比,随着藻毒素浓度的增加,Olive尾矩值差异的显著性也逐渐增加。这一结果提示藻毒素MC-LR与混合有机物在致HepG2细胞DNA损伤的影响方面存在联合作用。（3）藻毒素与混合有机物联合染毒组与相对应的各剂量藻毒素单独组相比,与低、中剂量藻毒素单独组相比Olive尾矩值无显著性差异,与藻毒素的高剂量单独组相比均有显著性差异。（4）运用析因分析统计学方法研究藻毒素MC-LR与混合有机提取物联合作用类型,发现饮用水混合有机提取物与藻毒素两种物质之间存在协同作用,藻毒素可以极大的增强饮用水混合有机提取物的致DNA的损伤作用。

论文目录

• 缩略词
• 摘要
• Abstract
• 前言
• 第一部分 大孔吸附树脂对饮用水有机污染物的吸附性能研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 第二部分 武汉汉江水源饮用水中有机物GC-MS 鉴定和分析
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 第三部分 微囊藻毒素MC-LR 与饮用水有机提取物联合致HepG2 细胞DNA 损伤研究
• 材料与方法
• 结果
• 讨论
• 参考文献
• 小结
• 综述 微囊藻毒素遗传毒性研究现状和进展
• 参考文献
• 致谢