利用改进的SOS/umu方法检测水处理过程中污染物的遗传毒性效应

SOS/umu遗传毒性测试方法被广泛应用于化合物和复杂混合物遗传毒性的评价,但是目前已报道方法的实验周期长达17 h,给实验操作带来了不便,因此亟需对常规方法进行改进。建立了测试周期可小于8 h(2 h预培养,4.5 h暴露培养) 的SOS/umu快速测定方法之后,应用改进后的方法对5种典型遗传毒性物质, 4-硝基喹啉1-氧化物(4-NQO)、丝裂霉素C(MMC)、甲磺酸甲酯(MMS)、2-氨基蒽(2-AA)和苯并芘(BaP)进行测定,结果表明,改进后的SOS/umu方法对4-NQO、MMC、MMS、2-AA和BaP的检测限分别为0.013±0.0031、0.031±0.0028、229.18±60.51、2.29±1.22和1.28±0.0698 μmol·L^-1,优于或者相当于报道方法。采用经典方法和改进后的方法对全国两个地区6个环境水样的遗传毒性进行测定,结果表明,两种方法检测出的6个环境水样的遗传毒性强度无显著性差异。另外,将研究方法应用于北方某市甲乙两个水厂原水、出厂水和管网水的遗传毒性评价,结果表明,两个水厂的原水、出厂水和管网水均表现出一定的直接遗传毒性,对应的4-NQO当量浓度(TEQ4-NQO)在0.0012 μg·L^-1至0.0129 μg·L^-1之间;加入鼠肝微粒体酶系统(S9)后,仅有乙水厂的管网水检测出极其微弱的遗传毒性效应。以上研究结果表明,改进后的SOS/umu快速测定方法能够实现在短时间（8h）内完成环境化合物及环境样品的遗传毒性检测,为筛选和评价化合物和复杂环境样品的遗传毒性提供了更为快捷的手段。     

利用重组大肠杆菌SOS法评价污水厂出水的遗传毒性以及工艺去除效果

SOS/umu测试法被广泛应用于化合物和复杂混合物遗传毒性的评价,由于该技术所用菌种为致病菌且操作步骤繁琐等原因,制约了技术的推广应用。研究建立了基于重组大肠杆菌SOS效应的水质遗传毒性检测方法(专利号:ZL201110022476.1),应用该方法评价了某市4座污水厂出水的直接遗传毒性效应,同时以污水处理一厂为例考察了直接遗传毒性效应的季节变化规律以及不同的工艺对水中直接遗传毒性物质的去除情况。结果显示:各污水厂出水均表现出一定的直接遗传毒性,对应的4-NQO毒性当量浓度范围为0.018~0.514 mg·L-1;一年四季中夏季进出水直接遗传毒性效应最高,现有工艺中生化处理工艺段对直接遗传毒性去除效果最佳,去除率为33.33%。该方法操作便利、检测敏感性较高、操作危险性较低,可用于水中直接遗传毒性效应的测试。     

淮河流域安徽段水体成组生物毒性评价

在淮河流域安徽段某区域采集了3个地表水样和12个地下水样,通过大型溞急性毒性(活动抑制)、微核及SOS/umu试验,分析了这些水样的急性毒性及遗传毒性。结果表明,急性毒性测试中,该区域地表水及大部分地下水的急性毒性均未超过US EPA废水排放毒性的控制要求(0.3 TU),有2个位点的地下水样毒性当量为0.31 TU,超过限值;经t-test分析,地表水的急性毒性显著高于地下水。SOS/umu检测中,2个地表水样和7个地下水样的结果呈阳性,表现出DNA损伤效应,其诱导率IR在(2.20±0.063)~(3.36±0.067)之间,对应的致癌风险P基本处在10-6~10-7水平。微核检测结果表明,3个地表水样具有较严重的染色体损伤效应,9个地下水样表现为阴性。总之,该区域地表水急性毒性及遗传毒性相对较高;部分浅层地下水也存在一定程度的急性毒性和遗传毒性,致癌风险处在可接受范围,但仍可能对周围居民的健康产生潜在威胁;而深层地下水没有检测到任何毒性效应。研究为周边居民饮水安全和人体健康提供了基础信息。     

用SOS/umu试验评价降雨径流遗传毒性的变化

通过SOS/umu试验分析检测屋面和道路在2017年5、6月2场降雨过程中的遗传毒性变化。结果表明,从降雨初期到结束,在5月份屋面产生降雨径流2 h内和道路产生径流20 min内雨水样品的检测结果均呈阳性,诱导率IR均大于2,表现出DNA损伤效应;在6月份屋面产生降雨径流60 min内和道路产生径流10~60 min内雨水样品的结果均呈阳性,表现出遗传毒性。2场降雨中屋面和道路雨水样品的TEQ4-NQO均随降雨时间先增加后逐渐减小,5月份屋面雨水样品的毒性大于路面雨水样品的毒性,6月份则相反。遗传毒性分析降雨径流中污染物毒性的变化为雨水的安全利用提供理论基础。     

再生水处理过程中轮状病毒的变化规律及风险评价（Change of Rotavirus in Sewage Treatment Processes and Associated Health Risk Assessment）

为探讨污水处理厂不同处理工艺段对轮状病毒(Rotavirus)的去除效果及再生水回用中轮状病毒对暴露人群的健康风险水平,于2006年11月至2007年10月连续对北京市某污水厂各工艺段出水的轮状病毒进行了分析,并应用Beta-Possion模型对回用再生水中轮状病毒对暴露人群的健康风险水平进行了评价.结果表明,36个实测水样中,轮状病毒检测结果为阳性的样品13个,占总样品数的36.1%.阳性样品主要分布在2006年11月、12月和2007年1月、2月、4月、8月和10月所采集的样品中,各月份阳性样品所占比例分别依次为100%、100%、100%、33.3%、66.7%、33.3%和100%.二级处理工艺对轮状病毒的去除率为2.68-lg,二级处理出水经过混凝沉淀和砂滤两种深度处理后得到再生水,深度处理工艺平均去除率为3.01-lg.二沉出水回用对不同职业暴露人群的年均感染概率风险值范围为0.35×10-2~10.36×10-2,再生水回用不同职业暴露人群年平均感染风险概率值范围为0.23×10-2~6.82×10-2,二沉出水、再生水回用导致的道路喷洒职业工人轮状病毒暴露感染风险值最大,分别达到了39.65×10-2和36.82×10-2,存在着一定的健康风险.     

贵阳市西郊水厂所供管网末梢水重金属污染物季节性特征及潜在健康风险评价

以贵阳市西郊水厂2014年3月和7月所供管网末梢水中10种重金属污染物检测数据为基础,进行了季节性特征分析,并采用美国环保局(USEPA)推荐的健康风险评价模型进行了潜在健康风险评价。结果表明,贵阳市西郊水厂所供管网末梢水中10种重金属的浓度均符合国家饮用水卫生标准;重金属污染物的浓度随季节呈现出不同的特征,汞、锌、硒、钼和钡5种重金属的平均浓度呈现枯水期高于丰水期的特征,而铅、铜、锰和镍4种重金属正好相反,砷浓度的季节性特征不显著;成年人的年平均致癌风险显著大于儿童,但两者年平均非致癌风险接近;儿童和成年人2类人群经口暴露途径的健康风险值均大于皮肤暴露,其中致癌风险分别在2.49×10-6~9.16×10-6和3.26×10-8~9.59×10-8之间,非致癌风险在2.29×10-8~3.20×10-8和1.85×10-10~4.14×10-10之间,且致癌风险均大于非致癌风险。贵阳市西郊水厂所供管网末梢水中10种重金属污染物致癌风险和非致癌风险均未超过最大可接受水平,未对该供水区居民的健康造成威胁。     

用SOS/umu测试评价光电催化降解五氯酚过程的遗传毒性特征

采用SOS/umu测试研究了五氯酚水溶液在光电催化反应过程中的遗传毒性变化及降解产物对鼠伤寒沙门氏菌TA1535/pSK1002的细胞毒性,并与五氯酚在直接光解、光催化反应过程中的降解产物进行了比较.五氯酚光电催化降解过程中降解产物对测试菌种的细胞毒性逐渐降低,产物经代谢活化的细胞毒性低于直接光解、光催化降解五氯酚的产物.五氯酚经光电催化降解15￣45分钟的产物经代谢活化测试结果呈阳性,在60￣120分钟的降解产物呈阴性,说明五氯酚的光电催化降解过程中生成了间接遗传毒性物质,但该类物质能够在光电催化过程中被去除.而五氯酚经直接光解、光催化处理120分钟的产物均具有遗传毒性风险.本研究结果表明光电催化技术的环境安全性优于直接光解、光催化技术.此外,SOS/umu测试作为一种简单、灵敏的遗传毒性物质检测方法,适合于评价光电催化技术的遗传毒性特征,可以作为评价该技术环境安全性的生态毒理学方法之一.     

利用SOS/umu测试评价某电子垃圾处理地土壤的遗传毒性

由电子垃圾不当处理引起的环境污染问题已经引起普遍关注.采用SOS/umu测试方法对我国南方某电子垃圾处理地23个土壤样品的有机提取物的直接和间接遗传毒性进行了初步的评估和筛选.结果表明,在有机提取物最高暴露浓度相当于100mg·well-1时,只有很少一部分样品检出直接遗传毒性,而绝大多数样品的有机提取物经过代谢活化后,表现出遗传毒性.与对照地区土壤相比,从事电子垃圾回收处理的地区土壤中存在间接致突变物质的积累,这可能与当地粗放形式的电子垃圾处理活动有关.     

山东省某城市近郊生活垃圾堆场重金属污染特征与健康风险评价

以山东省某城市近郊生活垃圾堆场为研究对象,采集堆场内和边界共21个土壤和地下水样品,通过与不同基准值(背景值)的比较,探析环境介质中13种重金属的含量分布特征,并就成人和儿童在不同暴露途径下的重金属致癌和非致癌健康风险进行评价.结果表明,堆场土壤和地下水中检出重金属的平均含量顺序分别为:Zn>Cr>Ni>Cu>Pb>As>Hg和Cr>Ni>Zn>Cu,致癌总风险和对成人的非致癌总风险均在可接受的范围内,但对儿童的非致癌总风险超过了安全阈值.产生不利健康风险的重金属主要是As、Cr,主导暴露途径为土壤摄食.     

斑马鱼幼鱼运动行为测试评价饮用水安全

饮用水安全直接关乎人类的健康与安全,当前迫切需要全新的毒性测试方法对饮用水的潜在人类健康风险进行全面、准确和灵敏的评估和预警。本研究以反渗透技术(RO)取代常用的固相萃取,分别浓缩饮用水厂的进厂水、出厂水和管网水进行毒性试验水样的前处理。反渗透技术前处理方法可以避免传统固相萃取方法中使用的有机溶剂对行为学测试体系的干扰。RO浓缩后的饮用水对斑马鱼胚胎进行持续暴露,采用Viewpoint行为测试软件量化分析出生后第6天(6 dpf)斑马鱼幼鱼的运动行为,选择运动距离和转向行为作为测试终点,分析进厂水、出厂水及管网水的潜在毒性及可能变化。结果表明,暴露在进厂水的幼鱼出现了明显的行为变化,尤其在较高浓度(20倍浓缩)暴露时,运动距离相比对照组显著减少,同时伴有剧烈的转向等异常行为;管网水对斑马鱼幼鱼行为存在一定程度的影响,而出厂水对幼鱼的运动行为没有显著影响。研究结果反映出当前饮用水厂深度处理工艺可以有效降低进厂水的潜在毒性和健康风险,但是经供水管网输送后,其水质可能发生了改变,导致管网水可能存在潜在的毒性。本研究所采用的反渗透技术前处理技术及斑马鱼幼鱼的运动行为学测试方法,可用于未来建立评估饮用水水质安全的早期预警系统。     

Comparative genotoxicity of water processed by three drinking water treatment plants with different water treatment procedures

• Genotoxicity of substances is unknown in the water after treatment processes. • Genotoxicity decreased by activated carbon treatment but increased by chlorination. • Halogenated hydrocarbons and aromatic compounds contribute to genotoxicity. • Genotoxicity was assessed by umu test; acute and chronic toxicity by ECOSAR. • Inconsistent results confirmed that genotoxicity cannot be assessed by ECOSAR. Advanced water treatment is commonly used to remove micropollutants such as pesticides, endocrine disrupting chemicals, and disinfection byproducts in modern drinking water treatment plants. However, little attention has been paid to the changes in the genotoxicity of substances remaining in the water following the different water treatment processes. In this study, samples were collected from three drinking water treatment plants with different treatment processes. The treated water from each process was analyzed and compared for genotoxicity and the formation of organic compounds. The genotoxicity was evaluated by an umu test, and the acute and chronic toxicity was analyzed through Ecological Structure- Activity Relationship (ECOSAR). The results of the umu test indicated that biological activated carbon reduced the genotoxicity by 38%, 77%, and 46% in the three drinking water treatment plants, respectively, while chlorination increased the genotoxicity. Gas chromatograph-mass spectrometry analysis revealed that halogenated hydrocarbons and aromatic compounds were major contributors to genotoxicity. The results of ECOSAR were not consistent with those of the umu test. Therefore, we conclude that genotoxicity cannot be determined using ECOSAR .     

利用SOS/umu测试方法鉴定沙颍河河水中的遗传毒性物质

采用HPLC分割导向的SOS/umu测试方法鉴定了沙颍河河水中的遗传毒性物质。当采用TA1535/pSK1002菌株测定HPLC分割的各馏分时,如果不经大鼠肝微粒体酶(S9)代谢活化,只有馏分F10显示遗传毒性,加入大鼠肝微粒体酶代谢活化后,馏分F10和馏分F15都显示有遗传毒性,说明河水中存在某些需经过大鼠肝微粒体酶代谢活化才能显示出遗传毒性的物质。当采用过量表达O-乙酰转移酶(O-AT),对芳香胺类物质和硝基芳烃化合物有特殊响应的NM2009菌株测定时,馏分F8、F9和F10均呈现遗传毒性;特别是对于馏分F10,用NM2009菌株测定的遗传毒性远高于原始菌,说明这3个馏分中都含有芳香胺类或硝基芳烃类物质。     

Role of the vitamin E model compound Trolox in the prevention of Cr(VI)-induced cellular damage

Given the wide industrial use of chromium (Cr) and its environmental contamination, chromium represents a risk to humans exposed to the metal. Considering that Cr(VI) is a potent oxidizing agent that increases intracellular oxidation and DNA damage, it would be worth considering the pretreatment of cells with antioxidants as a means of preventing Cr(VI)-induced toxicity. The objective of this study was to pretreat yeast cells with the water-soluble vitamin E analogue Trolox in an effort to increase cell tolerance against reactive chromium and reactive oxygen species formed during Cr(VI) reduction. Results revealed a decrease in Cr(VI)-induced cytotoxicity and mitotic gene conversions in Trolox-pretreated cells. The protective effect of Trolox in Cr(VI) induced genotoxicity was confirmed also with the prokaryotic Salmonella typhimurium SOS/umu test. Pretreatment of cells with Trolox (1) increased total Cr bioaccumulation, (2) decreased Cr(VI)-induced intracellular oxidation, (3) decreased Cr(V) persistence and (4) increased OH^? formation in yeast extracts. These findings might be useful in directing future investigations concerning the use of Trolox as a human antioxidant supplement, and in clinical applications related to Cr-induced genotoxicity in occupational and environmental situations where chromium is a problem.     

焦化废水处理试验系统出水的生物毒性变化

焦化废水是一种典型的难降解工业废水,组分复杂,生物毒性高,大多采用生物处理联合物化深度处理的工艺,以满足炼焦化学工业的污染排放标准,但其排水安全性仍然令人担忧。为研究工艺排水安全性,选择发光细菌青海弧菌Q67、稀有鮈鲫(Gobiocypris rasus)血红细胞、活性污泥微生物群落为测试生物,研究了焦化废水及各处理阶段出水的急性毒性和遗传毒性变化,进而识别影响生物毒性的水质因子。焦化废水经过序批式生物膜反应器处理后,出水急性毒性比进水下降71%,遗传毒性下降为90%以上的轻度以下损伤,显示生物强化处理对焦化废水生物毒性有良好的去除作用。生物处理出水再经过深度处理后,则表现出不同的毒性变化:活性炭吸附法对生物急性毒性的消除最佳,但遗传毒性较生物处理出水有所升高;臭氧氧化法不仅水质改善效率差,且最终出水的生物急性毒性与遗传毒性均升高;臭氧催化氧化法对水中残留有机物去除效率较高,但也造成出水急性毒性与遗传毒性的升高。各水样对青海弧菌Q67的急性毒性与有机物、氮等水质指标表现出较强相关性,而遗传毒性与水质指标之间的相关性不显著。研究结果可为评价和改进处理工艺、保障水体生态安全提供参考。     

10种农药对克氏原螯虾幼虾的急性毒性(Acute Toxicity of Ten Pesticides to Larval Red Swamp Crayfish Procambarus Clarkii)

研究了在实验室常温条件下敌杀死、索虫亡、百草一号、敌敌畏、卷清、逐灭(池塘水)、逐灭(自来水)、锐劲特、抑虱净、草甘膦、星科等10种农药对克氏原螯虾(Procambarus clarkii)幼虾的急性毒性效应.试验结果表明,克氏原螯虾幼虾对不同农药的耐受力相差较大.敌杀死、索虫亡、百草一号、敌敌畏、卷清、逐灭(池塘水)、逐灭(自来水)、锐劲特、抑虱净、草甘膦、星科对克氏原螯虾幼虾的24h半致死浓度(24hLC50)分别为4.62×10-3、2.28×10-2、16.7、2.57×10-1、4.73×10-3、8.91×10-2、2.97×10-2、8.90×10-2、8.08、5.52×103、3.64×10-1mg·L-1;48h半致死浓度(48hLC50)分别为3.07×10-3、1.46×10-2、15.8、1.98×10-1、4.33×10-3、3.48×10-2、1.48×10-2、6.01×10-2、6.47、4.06×103、1.99×10-1mg·L-1;其安全浓度(SC)分别为4.07×0-4、1.80×10-3、4.16、3.72×10-2、1.09×10-3、1.59×10-3、1.10×10-3、8.22×10-3、1.24、6.59×102、1.78×10-2mg·L-1.相比之下,草甘膦对克氏原螯虾幼虾的毒性最低,百草一号的毒性也相对较低,可以作为稻虾混养系统病虫害防治的首选,而敌杀死、卷清等对克氏原螯虾幼虾的毒性极高,应尽量避免使用.