利用白花紫露草根尖微核技術(shù)監(jiān)測武漢南湖水質(zhì)的污染

劉 虹, 方海龍，李 炎，趙 旺，肖 猛

(中南民族大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院南方少數(shù)民族地區(qū)生物資源保護(hù)與綜合利用聯(lián)合工程中心，武漢 430074)

微核技術(shù)是一種微核毒理方面短期致突變的試驗(yàn)方法，可用于化合物致突變檢測以及環(huán)境污染檢測等[1，2]. 植物微核技術(shù)可直接反映污染物對生物遺傳物質(zhì)的影響，通過觀察統(tǒng)計(jì)微核的數(shù)量可評估環(huán)境污染導(dǎo)致植物染色體畸變的程度，從而間接地反映環(huán)境污染的嚴(yán)重性[3]. 植物微核技術(shù)測定的是細(xì)胞染色體受損傷的程度，它更接近于污染物對生物和人類的危害，具有化學(xué)監(jiān)測和物理監(jiān)測所不能達(dá)到的效果[4].作為一種有效的生物測試方法該技術(shù)廣泛用于水質(zhì)污染監(jiān)測，并作為許多國家常規(guī)指標(biāo)和水環(huán)境監(jiān)測的規(guī)范化方法之一[5,6].

南湖是武漢市主要湖泊之一，水域面積763.96 hm2, 為武漢中心城區(qū)內(nèi)20多個湖泊中的第2大湖泊.南湖周邊現(xiàn)有24個主要排污口，占全市入湖污水總量的30 %. 每日約1×105t生活污水排入其中，南湖水質(zhì)現(xiàn)已降為劣5類，重金屬以及氮磷等物質(zhì)含量超標(biāo)，大面積翻塘死魚事件經(jīng)常發(fā)生，此現(xiàn)狀主要為生活污水導(dǎo)致南湖水質(zhì)惡化所致[7,8].

近年來，利用紫露草、蠶豆根尖細(xì)胞微核技術(shù)監(jiān)測湖泊、河流污染等方面的研究多有報(bào)道[9-11]. 白花紫露草(Tradescantiafluminensis)為鴨跖草科紫露草屬植物，匍匐生長，莖節(jié)處生根容易[12]，實(shí)驗(yàn)取材方便.白花紫露草的生命力較強(qiáng)，在污水中能較好的存活，產(chǎn)生微核的靈敏度和穩(wěn)定性較高，其生理活性可直觀地反映污水對植物細(xì)胞的影響.本研究通過統(tǒng)計(jì)白花紫露草根尖中分生組織的細(xì)胞有絲分裂形成微核的原理，動態(tài)監(jiān)測南湖一年中不同季節(jié)的水質(zhì)污染及其總體水質(zhì)對植物的危害程度.

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

白花紫露草(Tradescantiafluminensis)，材料來源于武漢郊區(qū)的野生物種，后引種栽培至中南民族大學(xué)溫室.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 水樣的采集

分4個時(shí)間段采集南湖水樣: 2009年9月、2009年12月、2010年3月、2010年6月.圍繞整體形狀呈偏長方形的南湖水域共采集水樣20個/時(shí)間段，至少500 mL/水樣，具體水樣分布地點(diǎn)見圖1，采樣地點(diǎn)：1和2為弘博軟件附近；4～7為住宅區(qū)和商業(yè)區(qū)；8～10為中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)附近；3、11～14為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)附近；15～20為中南民族大學(xué)校區(qū).

圖1 南湖湖區(qū)水樣點(diǎn)分布

1.2.2 白花紫露草根尖的培養(yǎng)

20 ℃下，截取來自同一生境的白花紫露草匍匐莖若干段，置于不同水體中培養(yǎng)根尖，待根尖長至1.5～2.0 cm，取根尖備用.實(shí)驗(yàn)組白花紫露草直接采用各南湖水樣進(jìn)行培養(yǎng)；陰性對照組白花紫露草始終采用自來水培養(yǎng)；陽性對照組則自來水培養(yǎng)72 h后轉(zhuǎn)而0.01 %HgCl2培養(yǎng)1 h ，沖洗干凈后恢復(fù)自來水培養(yǎng).

1.2.3 顯微制片處理

用刀片截取長度為1.5～2.0 cm的根尖，卡諾固定液固定24 h后用75 %酒精保存，蒸餾水沖洗后用1 % HCl于60 ℃下水解10 min，用蒸餾水沖洗3次，再用1 %番紅染液浸染10 min.

1.2.4 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

陰性對照組和陽性對照組均統(tǒng)計(jì)30個根尖的微核率，實(shí)驗(yàn)組每個時(shí)間段內(nèi)20個地點(diǎn)的水樣中，每個時(shí)間地點(diǎn)的水樣設(shè)置4個重復(fù). 照此，對1年中每個地點(diǎn)的水樣共統(tǒng)計(jì)16個根尖細(xì)胞中的微核千分率即每一千個細(xì)胞中所觀察到的微核總數(shù)(微核率, 微核‰).

2 結(jié)果

白花紫露草的植物形態(tài)及根尖培養(yǎng)等見圖2(A～C); 圖3為不同水樣處理后白花紫露草的根尖細(xì)胞中形成的微核. 其中，圖3A和3B為南湖水樣處理后白花紫露草的根尖細(xì)胞中形成的微核；圖3C 為0.01%的HgCl2處理后的根尖細(xì)胞中形成的微核.

南湖水樣處理后平均微核率以及陽性、陰性對照結(jié)果見圖4. 陰性對照組中微核率為3 ‰；陽性對照組中微核率為35 ‰，而實(shí)驗(yàn)組結(jié)果中南湖水樣年平均微核率為22.12 ‰，四季平均微核率分別為：春季17.87 ‰；夏季27.00 ‰；秋季28.25 ‰；冬季15.36 ‰.

南湖各樣點(diǎn)水樣平均微核率在4個不同季節(jié)的比較見圖5. 總體而言，夏、秋季水樣培養(yǎng)根尖的微核率明顯高于春、冬季的數(shù)據(jù)，冬季南湖水樣污染率最低.

A,B)從野外移栽至溫室的白花紫露草；C)根尖的培養(yǎng)

A,B)南湖水樣處理后形成的微核；C)0.01%的HgCl2 處理后形成的微核

3 討論

由圖4可知，南湖水樣年平均微核率為22.12 ‰，明顯高于陰性對照微核率(3 ‰)，而偏低于陽性對照微核率(32 ‰), 由此表明南湖水體的污染程度十分嚴(yán)重.南湖水質(zhì)在秋季的污染程度最高，夏季其次，而冬、春季節(jié)的微核率偏低，污染相對緩和，總體而言，夏、秋季污染明顯較冬、春季嚴(yán)重.

NC為陰性對照；PC為陽性對照

圖5 南湖20個樣點(diǎn)水樣不同季節(jié)的微核率.

由圖5可知，18號水樣年平均微核率最高，為32 ‰. 分析其因， 18號水樣取樣點(diǎn)恰位于中南民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院與校圖書館之間一大型排污口附近，該學(xué)院實(shí)驗(yàn)等所使用的某些化學(xué)液體大部分不經(jīng)回收處理而直接進(jìn)入下水道并由此排污口進(jìn)入南湖. 該排污口附近水體混濁發(fā)黑，湖面上經(jīng)常漂浮大量污物，雖經(jīng)數(shù)次打撈排污，但效果仍不見佳，因而此樣點(diǎn)處水質(zhì)污染程度居首；居二的為11號和19號水樣, 平均微核率為28 ‰. 相對于其他樣點(diǎn), 此2處樣點(diǎn)也恰位于排污口附近.由此推測，除不容忽視的化學(xué)類試劑的污染外，生活污水直接排入南湖為其水質(zhì)惡化主要原因之一; 綜合其它樣點(diǎn)結(jié)果而論，各水樣點(diǎn)污染有著明顯的區(qū)域分布：水樣1～7號取樣點(diǎn)為住宅商業(yè)區(qū)，水樣10～12號、16～20取樣點(diǎn)均為高校區(qū)，其為污染程度最嚴(yán)重區(qū)域，由此表明水體污染程度與人口分布疏密密切相關(guān).

就冬季而言(見圖4和圖5)，中南民族大學(xué)南湖段水質(zhì)有了相對性的局部改善，而水樣5～7號3處商業(yè)住宅區(qū)的水質(zhì)污染仍較嚴(yán)重，微核率均高于20 ‰，分析其因，冬季學(xué)校多為假期，用水量較秋季明顯減少，其污水排放量也相對減少，而季節(jié)對商業(yè)住宅區(qū)的用水情況影響不大，加之冬季水中藻類對有毒物質(zhì)的分解速度減小，使之目標(biāo)水樣點(diǎn)一帶的污染程度仍較嚴(yán)重. 結(jié)合二者因素可知：秋季、夏季南湖水體的污染普遍嚴(yán)重，各個水樣點(diǎn)受污染程度均超過中度，且無論小湖區(qū)抑或大湖區(qū)均產(chǎn)生大片水華現(xiàn)象，并伴有大量魚類成群死亡，此情況與微核測定的結(jié)果相符.

4 結(jié)語

本研究表明，南湖的整體水質(zhì)仍然較差，整個湖區(qū)為中度以上污染，少數(shù)區(qū)域?yàn)橹囟任廴? 由于南湖位于人口密集區(qū)，湖水水質(zhì)與當(dāng)?shù)鼐用竦慕】迪⑾⑾嚓P(guān)，須引起當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)部門重視，及時(shí)加以治理. 南湖水質(zhì)的改善，須首先禁止將生活污水直接排放其中，尤其在人口密度較高的高校和商業(yè)街以及住宅小區(qū)附近，更須重點(diǎn)監(jiān)督；其次嚴(yán)禁直接將生物、化學(xué)類實(shí)驗(yàn)課使用的化學(xué)藥品試劑不加有效處理而直接排放.

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