秀丽隐杆线虫用于饮用水典型DBPs及饮用水总毒性评价的适用性研究

摘要

饮用水消毒有效控制了介水传染病的发生，但同时生成了一系列具有致癌风险的消毒副产物（disinfection by-products，DBPs），对水质安全构成潜在的威胁。常规理化指标不能充分反映出饮用水整体污染状况及人体暴露后的健康风险，饮用水水质生物毒性监测可补充理化监测的不足。秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans，C.elegans）以其个体小、生活史短、易于培养与观察以及与人类基因同源性高等优势，广泛应用于化学品毒性检测及地表水水质毒性评估。然而至今，C.elegans用于DBPs毒性的研究极其有限，尚未见用于饮用水生物毒性检测的报道。因此，探索模型生物C.elegans在饮用水典型DBPs及饮用水总毒性评价的应用潜能具有重大现实意义。
　　目的：
　　本研究基于C.elegans致死试验和长片段定量PCR（Long amplificon quantitative PCR，LA-QPCR）试验，研究六种典型DBPs的致死毒性和遗传毒性，检测武汉市四个重要水厂水源水及消毒后饮用水的致死毒性和遗传毒性，初步探索C.elegans致死实验和LA-QPCR试验用于饮用水典型DBPs及饮用水总毒性评价的可行性。
　　方法：
　　1.以C.elegans为模式生物，研究六种DBPs（二氯乙酸（dichloroacetic acid，DCA）、三氯乙酸（trichloroacetic acid，TCA）、一溴乙酸（monobromoacetic acid，MBA）、二溴乙酸（dibromoacetic acid，DBA）、亚硝基二甲（N-nitrosodimethylamine，NDMA）和二氯苯醌（2,6-dichloro-1,4-benzoquinone，DCBQ））对C.elegans的致死毒性和遗传毒性。致死毒性检测过程如下：L4期C.elegans用六种DBPs染毒24 h，染毒剂量范围为125-50000μM，每种DBP设置5-7个染毒组，同时设溶剂对照，染毒后记录C.elegans的生存/死亡数，计算LC50。应用LA-QPCR试验检测遗传毒性。首先对C.elegans LA-QPCR试验条件（主要是C.elegans表皮破碎方法、模板DNA含量、循环次数）进行优化；然后应用优化好的C.elegans的LA-QPCR试验检测遗传毒性。L4期C.elegans用六种DBPs染毒24h，染毒剂量范围为100-25000μM，每种DBP设置五个染毒组，同时设置溶剂对照，用LA-QPCR试验测定DNA损伤。
　　2.采集2015年8月武汉市四个重要水厂水源水和氯化消毒后的出厂水和管网水，检测水样重要理化指标（水温、pH值、余氯、总有机碳、溶解性总固体、浑浊度、高锰酸盐指数、氨氮、总磷）。每个水样取一部分用滤膜过滤获得过滤样。用C.elegans致死试验和LA-QPCR试验检测原水样与过滤样的致死毒性和遗传毒性。比较水源水、出厂水和管网水的毒性，比较原水与过滤后水毒性，分析遗传毒性结果与理化指标的相关性。
　　结果：
　　1.MBA、DBA、TCA、DCA和DCBQ均对C.elegans产生致死毒性，呈现明显的剂量-反应关系，随着染毒浓度增大致死毒性增加，NDMA在本研究中最高染毒浓度50mM时，未发现致死毒性。24h LC50（x±s）分别为DCBQ：327.81±13.64μM，MBA：770.99±230.19μM，DBA：1217.80±65.41μM，TCA：1430.52±117.29μM，DCA：1716.86±50.31μM，NDMA：LC50>50 mM。六种DBPs致死毒性排序为：DCBQ＞MBA＞DBA＞TCA＞DCA＞NDMA，DCBQ致死毒性较其他几种DBPs强。
　　2.LA-QPCR试验条件的优化结果显示：液氮研磨法破碎线虫表皮、15ng DNA模板含量、长目的片段PCR循环23次及短目的片段PCR循环22次是最适合本实验室LA-QPCR试验的参数。
　　3.LA-QPCR试验显示：300、400和500μM DCBQ导致C.elegans DNA损伤，随着浓度增加，损伤增加；高浓度NDMA（25 mM）具有DNA损伤作用；其他DBPs未发现可检测到的DNA损伤。DCBQ表现出强于其他五种DBPs的遗传毒性。
　　4.2015年8月份对以长江和汉江为水源的四个重要自来水厂水源水、消毒后出厂水及管网水水样对C.elegans均无遗传毒性和致死毒性，原水样与过滤后水样毒性无显著性差异。
　　5.饮用水各个理化指标与遗传毒性结果之间未发现相关性。
　　结论：
　　1.C.elegans致死试验用于DBPs一般毒性评价具有可行性；C.elegans LA-QPCR试验对部分DBPs遗传毒性的检测呈现出一定适用性。
　　2.C.elegans致死试验与LA-QPCR试验应用于饮用水生物毒性监测的适用性，还需要更多研究。
　　3.DCBQ对C.elegans的致死毒性和遗传毒性可能强于其他五种DBPs，其毒性值得引起人们重视。

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前言

第一部分 基于C. elegans的DBPs毒性检测

材料与方法

结果

讨论

第二部分 基于C. elegans的饮用水生物毒性检测

材料与方法

结果

讨论

结论

参考文献

综述: 基于秀丽隐杆线虫的毒理学试验技术

研究生期间发表的文章

致谢