飲用水不同消毒技術(shù)的遺傳毒性比較研究畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、飲用水不同消毒技術(shù)的遺傳毒性比較研究清華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程系 給排水科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)09屆 聶雪彪 指導(dǎo)教師：劉文君摘要:隨著水源水水質(zhì)的日趨惡化，水體中有機(jī)物種類(lèi)日趨復(fù)雜，消毒后產(chǎn)生的更多的副產(chǎn)物，毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。為比較常用飲用水消毒方法的毒理學(xué)風(fēng)險(xiǎn)和副產(chǎn)物生成潛力，本研究從遺傳毒性和鹵乙酸（HAAs）生成量?jī)蓚€(gè)角度對(duì)氯消毒、氯胺消毒、紫外線消毒、紫外線+氯消毒、紫外線+氯胺消毒和氯轉(zhuǎn)氯胺消毒6種不同消毒方法進(jìn)行了評(píng)價(jià)。本研究采用umu試驗(yàn)法評(píng)價(jià)飲用水遺傳毒性。umu測(cè)試法和經(jīng)典的Ames測(cè)試法相比較，發(fā)現(xiàn)兩種毒性測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)的經(jīng)氯和氯胺消毒后水源水的遺傳毒性變化規(guī)律相一致。以深度工藝

2、處理出水（臭氧活性炭出水）為研究水樣，用umu測(cè)試法研究發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)紫外線消毒遺傳毒性與紫外線劑量成正相關(guān)，氯消毒遺傳毒性較大，氯胺消毒遺傳毒性較小且隨劑量變化不大。氯轉(zhuǎn)氯胺消毒的遺傳毒性介于氯消毒和氯胺消毒之間。紫外線的引入（劑量40mJ/cm2）使高劑量的氯消毒（有效氯大于約2mg/L）的遺傳毒性有明顯增加；對(duì)于氯胺消毒，紫外線的引入對(duì)遺傳毒性影響不大。飲用水經(jīng)消毒后，HAAs生成量與遺傳毒性沒(méi)有明顯相關(guān)性。6種消毒工藝的鹵乙酸生成量主要由加氯量決定，加氯量越多，生成的鹵乙酸越多，說(shuō)明鹵乙酸主要是氯消毒的產(chǎn)物。關(guān)鍵詞：飲用水；消毒；遺傳毒性；umu試驗(yàn)；鹵乙酸ABSTRACTWith the

3、 deterioration of the quality of source water, species of organic matters in water are becoming complex, more DBPs (disinfection by-products) are generated and there is increasing toxicological risk. For the purpose of comparing practical drinking water disinfection processes from the aspects of tox

4、icological risk and the capability of producing DBPs, this study evaluated six disinfection methods (chlorination, chlorimination, disinfection by UV, UV+chlorination, UV+chlorimination, sequential chlorination) from the perspective of genotoxicity and output of HAAs (haloacetic acids).This study ev

5、aluated genotoxicity of drinking water using umu test. Comparing umu test and classic Ames test, this study verified the consistency of umu test and classic Ames test using source water after chlorination or chlorimination as water samples. Using affluent after advanced treatment (ozone/activated ca

6、rbon) as water samples, this study found that, the genotoxicity of drinking water after disinfection by UV light was in positive correlation with UV dose; the genotoxicity of chlorination was the highest; genotoxicity of water after chloramination was less and changed very little with the raise of t

7、he dose of disinfectant. The genotoxicity of water after sequential chlorination was between chlorination and chlorimination. UV disinfection (40mJ/cm2) increased the genotoxicity of chlorination with high chlorine dose (available chlorine more than 2mg/L) markedly; in regard to chlorination process

8、, UV disinfection has weak effect on genotoxicity.There was no obvious relativity between HAAs and genotoxity of water after disinfection. The production of HAAs of six kinds of disinfection processes was mainly decided by chlorine dosage. The more the chlorine dosage was, the more HAAs would be gen

9、erated. It means that HAAs is mainly generated by chlorination.Key words：drinking water; disinfection; genotoxicity; umu test; HAAs目錄第1章 引言11.1 研究背景與意義1 飲用水的安全性1 飲用水消毒工藝2 消毒副產(chǎn)物與遺傳毒性2 研究目的與意義31.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀3 常見(jiàn)消毒方法產(chǎn)生的副產(chǎn)物及其生物毒性3 飲用水有機(jī)污染物的遺傳毒性研究5 遺傳毒理短期測(cè)試方法介紹12 課題組關(guān)于飲用水消毒遺傳毒性的前續(xù)研究201.3 實(shí)驗(yàn)方案與技術(shù)路線22 不同消毒工藝遺

10、傳毒性的比較221.3.2 umu試驗(yàn)與Ames試驗(yàn)的比較23 技術(shù)路線24第2章 試驗(yàn)材料和方法252.1 水樣的采集和前處理25 試驗(yàn)試劑25 水樣的采集和前處理252.2 umu遺傳毒性測(cè)試方法26 試驗(yàn)材料和儀器262.2.2 umu試驗(yàn)方法272.2.3 umu試驗(yàn)結(jié)果的計(jì)算和表達(dá)29 基于umu遺傳毒性效應(yīng)的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法302.3 鹵乙酸分析方法31 試驗(yàn)材料和儀器31 試驗(yàn)方法31第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果和討論333.1 umu試驗(yàn)與Ames試驗(yàn)的比較333.2 三種單獨(dú)消毒工藝對(duì)飲用水遺傳毒性的影響37 單獨(dú)紫外線消毒對(duì)飲用水遺傳毒性的影響37 單獨(dú)氯消毒對(duì)飲用水遺傳毒性的影響37

11、 單獨(dú)氯胺消毒對(duì)飲用水遺傳毒性的影響38 三種單獨(dú)消毒工藝遺傳毒性的比較393.3 三種組合消毒工藝對(duì)飲用水遺傳毒性的影響40 紫外線+氯組合消毒工藝對(duì)飲用水遺傳毒性的影響40 紫外線+氯胺組合消毒工藝對(duì)飲用水的遺傳毒性的影響41 氯轉(zhuǎn)氯胺組合消毒工藝對(duì)飲用水的遺傳毒性的影響433.4 不同消毒工藝對(duì)飲用水的HAAs生成量的影響45第4章 結(jié)論與建議494.1 總結(jié)494.2 建議50插圖索引51表格索引53參考文獻(xiàn)54致 謝59聲 明61附錄A 書(shū)面翻譯63第1章 引言1.1 研究背景與意義1.1.1 飲用水的安全性飲用水的水質(zhì)安全性主要分為生物安全性和毒理學(xué)安全性。飲用水生物安全性是人體健

12、康所考慮的最首要因素。飲用水凈化技術(shù)最早始于飲用水生物安全性問(wèn)題，因?yàn)檫@一問(wèn)題長(zhǎng)期威脅著人類(lèi)的生命和健康。人類(lèi)在與水源污染及由此引起的疾病所做的長(zhǎng)期斗爭(zhēng)中發(fā)展和完善了最早的飲用水處理工藝，如過(guò)濾工藝和消毒技術(shù)。20世紀(jì)初，比利時(shí)開(kāi)始對(duì)飲用水進(jìn)行連續(xù)氯化處理，在使用氯消毒的地方，傷寒病死亡率大幅度下降。近年來(lái)多次爆發(fā)的大規(guī)模水介傳染疾病的危害使人們進(jìn)一步關(guān)注飲用水的生物安全性問(wèn)題。另一個(gè)飲用水安全性指標(biāo)是飲用水毒理學(xué)安全性。水中污染物多數(shù)是有機(jī)物，隨著工業(yè)污染的加劇，有機(jī)污染物種類(lèi)也在不斷增加。隨著流行病學(xué)研究和微量有機(jī)物富集、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和改善，有毒有害物質(zhì)也不斷被發(fā)現(xiàn)和檢出，其中很多有機(jī)物

13、對(duì)人體健康具有較大危害。同時(shí)，飲用水凈化工藝本身也可能對(duì)飲用水的毒理學(xué)安全性造成負(fù)面影響。例如，加氯消毒過(guò)程中產(chǎn)生氯化消毒副產(chǎn)物（DBPs），包括三鹵甲烷（THMs）和鹵乙酸（HAAs），會(huì)增加飲用水的致癌、致突變性，對(duì)人體健康有長(zhǎng)期的影響。目前關(guān)注較多的微量有機(jī)污染物，如內(nèi)分泌干擾物、藻類(lèi)代謝產(chǎn)物（如藻毒素）等都影響了飲用水的毒理學(xué)安全性。在美國(guó)國(guó)家環(huán)保局制定的129種環(huán)境優(yōu)先檢測(cè)污染物中，有毒有機(jī)化學(xué)物品就占114種；在我國(guó)制定的68種環(huán)境優(yōu)先檢測(cè)污染物中，有毒有機(jī)化學(xué)品占58種。2006年頒布并于2007年7月1日正式實(shí)施的生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749-2006）中有毒化學(xué)品的檢測(cè)指

14、標(biāo)為74項(xiàng)，比之前增加了59項(xiàng)。由此看來(lái)，飲用水消毒在降低了飲用水微生物風(fēng)險(xiǎn)、提高了飲用水微生物安全性的同時(shí)，由于消毒劑本身及其生成的消毒副產(chǎn)物而提高了用水的化學(xué)物風(fēng)險(xiǎn)、降低了飲用水毒理學(xué)安全性。飲用水的安全消毒應(yīng)在首先保證飲用水微生物安全性的前提下，盡可能地減少有害消毒副產(chǎn)物的生成量以保證飲用水的毒理學(xué)安全性，這種相互制約的需求推動(dòng)著人們對(duì)理想消毒劑的不斷開(kāi)發(fā)1。1.1.2 飲用水消毒工藝飲用水消毒方法大體可分為物理消毒方法和化學(xué)消毒方法兩類(lèi)?；瘜W(xué)消毒方法中有關(guān)氯、氯胺、臭氧以及二氧化氯的研究及應(yīng)用最多，物理消毒方法中較為常用的是紫外線消毒。加氯消毒由于使用簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，是目前最成熟

15、且應(yīng)用最廣泛的消毒技術(shù)，美國(guó)自來(lái)水廠中約有94.5%采用氯消毒，中國(guó)據(jù)估計(jì)99.5%以上自來(lái)水廠采用氯消毒。但氯消毒也有明顯的弊端，如會(huì)產(chǎn)生較多的消毒副產(chǎn)物，對(duì)隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)滅活作用不明顯等。氯胺消毒是對(duì)氯消毒的改進(jìn)，消毒原理與氯消毒相同，但采用能緩慢釋放HClO的氯胺，可以延長(zhǎng)消毒時(shí)間。氯胺消毒雖然可以緩解消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，但不能避免，而且同樣對(duì)隱孢子蟲(chóng)和賈第蟲(chóng)的滅活較差，因此新型化學(xué)消毒技術(shù)臭氯、二氧化氯等，先后被應(yīng)用到實(shí)際飲用水的消毒處理中。產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物是化學(xué)消毒法最主要的問(wèn)題，氯消毒，氯胺消毒和二氧化氯消毒都會(huì)產(chǎn)生特定的消毒副產(chǎn)物，臭氧消毒則產(chǎn)生較少。隨著近年來(lái)有關(guān)化學(xué)消毒副產(chǎn)物的

16、報(bào)道的增多和人們對(duì)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求的不斷提高，物理消毒方法特別是紫外線消毒引起了專(zhuān)業(yè)人士的高度重視。紫外線消毒幾乎不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，但它沒(méi)有持續(xù)消毒效果，通常仍需與化學(xué)消毒法配合使用。1.1.3 消毒副產(chǎn)物與遺傳毒性大量的研究和應(yīng)用實(shí)踐證明，幾乎每種消毒劑在消毒的同時(shí)都會(huì)與水中的某些特定污染物相互反應(yīng)，從而產(chǎn)生一定的消毒副產(chǎn)物，雖然它們的含量一般極低（僅為g/L量級(jí)）；但它們當(dāng)中有不少是屬于致癌、致畸、致突變的“三致”物質(zhì)，進(jìn)而直接地危害人體健康，這就提出了飲用水消毒的毒理學(xué)安全性問(wèn)題。由于飲用水消毒副產(chǎn)物種類(lèi)繁多，而能夠測(cè)定的消毒副產(chǎn)物種類(lèi)非常有限，僅考察消毒副產(chǎn)物的生成量具有一定的局限性，又

17、由于人們更為關(guān)注消毒副產(chǎn)物所表現(xiàn)出的綜合生物毒性效應(yīng)，因此考察飲用水消毒后的生物毒性顯得尤為重要。對(duì)于飲用水消毒后的生物毒性檢測(cè)，目前國(guó)際上主要以遺傳毒理學(xué)檢測(cè)為主，其中又以遺傳毒性作為主要檢測(cè)指標(biāo)2。所謂遺傳毒性，是一種破壞細(xì)胞遺傳物質(zhì)完整性的毒性行為，遺傳毒性物質(zhì)包括潛在的致癌物和致突變物，可導(dǎo)致基因突變或腫瘤的形成。廣義的遺傳毒性物質(zhì)既包括特定的毒性物質(zhì)，還可指特定類(lèi)型的輻射，但飲用水領(lǐng)域通常是指前者，主要是消毒副產(chǎn)物。目前遺傳毒理學(xué)短期生物測(cè)試方法主要有Ames實(shí)驗(yàn)、微核實(shí)驗(yàn)、彗星試驗(yàn)和umu試驗(yàn)等3。遺傳毒理短測(cè)方法雖不能直接用于評(píng)價(jià)飲用水中誘變物對(duì)人遺傳毒性的危險(xiǎn)性，但它在飲用水質(zhì)

18、的檢測(cè)及其它方面有著重要的實(shí)用價(jià)值。1.1.4 研究目的與意義綜上所述，由于不同消毒方式其各自的特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)原水水質(zhì)、經(jīng)濟(jì)條件等因素具體分析，而且飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越嚴(yán)格，人們對(duì)飲用水水質(zhì)的要求也越來(lái)越高，因此，深入比較幾種不同消毒方式的差異十分必要。而隨著工業(yè)污染的不斷加劇，水源水中有機(jī)物種類(lèi)及濃度不斷增加，消毒副產(chǎn)物等具有誘變性物質(zhì)的化學(xué)安全性問(wèn)題亟待解決。所以，比較評(píng)價(jià)各種消毒工藝的遺傳毒性風(fēng)險(xiǎn)，則十分具有現(xiàn)實(shí)意義。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 常見(jiàn)消毒方法產(chǎn)生的副產(chǎn)物及其生物毒性消毒方法的選擇通常需要考慮以下4個(gè)方面的因素4：（1）殺滅病原微生物的效率和持久力；（2）經(jīng)濟(jì)

19、和技術(shù)上的可行性；（3）工程實(shí)踐中控制和監(jiān)測(cè)的難易程度；（4）對(duì)人和生態(tài)環(huán)境的潛在危害性。目前我國(guó)常見(jiàn)的消毒方法包括氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒、氯胺消毒和紫外消毒等。其中前4種方法在用于飲用水消毒時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)物類(lèi)型及其生物毒性如表1-1和表1-2所示。一般認(rèn)為紫外線消毒生成的副產(chǎn)物很少，但由于其消毒效果受水中懸浮物含量影響較大，無(wú)消毒余量，且存在微生物的復(fù)活等問(wèn)題，因此使其應(yīng)用受到一定的限制5。表1. 1 不同消毒方法產(chǎn)生的副產(chǎn)物類(lèi)型6副產(chǎn)物類(lèi)型代表物質(zhì)氯臭氧二氧化氯氯胺三鹵甲烷三氯甲烷+a+b+其它鹵代烴+鹵代烯烴+鹵乙酸氯乙酸+鹵代芳香酸+其它鹵代一元羧酸+不飽和鹵代羧酸+鹵代二元羧酸

20、+鹵代三元羧酸+續(xù)表1.1 不同消毒方法產(chǎn)生的副產(chǎn)物類(lèi)型6副產(chǎn)物類(lèi)型代表物質(zhì)氯臭氧二氧化氯氯胺MXc及其相似物+其它鹵代呋喃酮+鹵代酮+鹵乙腈氯乙腈+其它鹵代腈氯化腈+鹵代醛水合三氯乙醛+鹵代醇+鹵代酚2-氯酚+鹵代硝基甲烷三氯硝基甲烷+無(wú)機(jī)物溴酸鹽、次溴酸鹽、亞氯酸鹽、氯酸鹽等+脂肪醛甲醛+其它醛類(lèi)+脂肪酮及芳香酮丙酮+羧酸乙酸+芳香酸苯甲酸+醛酸、酮酸+羥酸+其它+a一般指氯代和溴代的4種THMs，如果碘代的也包括在內(nèi)，則共有9種THMs；b當(dāng)溴離子存在時(shí)形成； c3-氯-4二氯甲基-5-羥基-2(5氫)-呋喃酮。表1. 2 典型消毒副產(chǎn)物的生物毒性6副產(chǎn)物類(lèi)型代表物質(zhì)毒性等級(jí)a危害三鹵甲

21、烷三氯甲烷B2致癌，損傷肝腎，影響生殖二溴一氯甲烷C損傷神經(jīng)系統(tǒng)/、肝腎，影響生殖一溴二氯甲烷B2致癌，損傷肝腎，影響生殖三溴甲烷B2致癌，損傷肝腎，影響生殖鹵乙腈（HAN）三氯乙腈C致癌，致突變鹵代醛和鹵代酮甲醛B1致突變b鹵代酚2-氯酚D致癌，促進(jìn)腫瘤鹵乙酸（HAAs）二氯乙酸B2致癌，影響生殖和發(fā)育三氯乙酸C損傷肝腎脾，影響發(fā)育無(wú)機(jī)物溴酸鹽B2致癌亞氯酸鹽D影響生殖和發(fā)育a A：對(duì)人類(lèi)致癌，B1：對(duì)人類(lèi)很可能致癌（有一定的流行病學(xué)數(shù)據(jù)），B2：對(duì)人類(lèi)很可能致癌（充足的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明），C：對(duì)人類(lèi)可能致癌，D：未分類(lèi)；b吸入暴露從表1.1和表1.2中可以發(fā)現(xiàn)，在氯、臭氧、二氧化氯、氯胺等4種

22、消毒方式中，氯消毒是副產(chǎn)物生成最多的一種消毒方法，但由于氯消毒有持續(xù)的消毒效果，費(fèi)用較低，操作簡(jiǎn)便，不需要龐大的設(shè)備等優(yōu)點(diǎn)，因此是飲用水處理中最常用的消毒方法。此外，臭氧、二氧化氯和氯胺消毒雖然在控制副產(chǎn)物方面各有優(yōu)勢(shì)，但也有可能引入氯消毒副產(chǎn)物之外的其它副產(chǎn)物7。1.2.2 飲用水有機(jī)污染物的遺傳毒性研究自70年代初國(guó)外學(xué)者首次檢出飲水致突變性，并發(fā)現(xiàn)氯化消毒能使飲用水的致突變性增強(qiáng)后，飲用水的安全性問(wèn)題引起世界各國(guó)的高度重視。近些年，對(duì)于水遺傳毒性的關(guān)注主要集中以下幾個(gè)方面：對(duì)水經(jīng)氯或其他物質(zhì)消毒后遺傳毒性活性的評(píng)價(jià)；對(duì)水中致突變物質(zhì)的調(diào)查；在水處理過(guò)程中，水中致突變前體物向致突變物轉(zhuǎn)變的

23、研究。本部分將從以上幾個(gè)方面對(duì)飲用水的遺傳毒性研究做一簡(jiǎn)單綜述。1.2.2.1 消毒對(duì)飲用水遺傳毒性的影響上述有關(guān)消毒副產(chǎn)物的研究盡管在保障飲用水的水質(zhì)安全方面起到了積極作用，但仍無(wú)法擺脫其固有的局限性。首先，目前能夠測(cè)定的消毒副產(chǎn)物種類(lèi)不多。由于分析手段還不夠完善，即使是研究較多的飲用水氯消毒，也只有約50%的副產(chǎn)物得以識(shí)別8（見(jiàn)圖1.1），其它消毒方式則更少，如飲用水氯胺消毒，17%的副產(chǎn)物得以識(shí)別，飲用水二氧化氯消毒，28%的副產(chǎn)物得以識(shí)別，臭氧消毒8%的副產(chǎn)物得以識(shí)別。圖1. 1 氯化消毒副產(chǎn)物組成其次，大部分關(guān)于消毒副產(chǎn)物風(fēng)險(xiǎn)的研究，是基于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的毒理學(xué)研究來(lái)判斷的。在這類(lèi)研究中

24、，產(chǎn)生毒性效應(yīng)的劑量水平一般在mg/L量級(jí)，但飲用水中檢測(cè)到的消毒副產(chǎn)物濃度往往在g/L量級(jí)甚至更低。而且大部分研究都是針對(duì)單一物質(zhì)，而飲用水中存在多種消毒副產(chǎn)物，他們之間往往具有一定的加成、協(xié)同、拮抗效應(yīng)等。所以依據(jù)單一消毒副產(chǎn)物的毒理學(xué)研究結(jié)果，難以準(zhǔn)確判定多種消毒副產(chǎn)物在飲用水中產(chǎn)生的毒性效應(yīng)。總之，飲用水消毒帶來(lái)的水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)是由種類(lèi)多、濃度低的消毒副產(chǎn)物共同產(chǎn)生的，不能單單以某些副產(chǎn)物的生成量來(lái)判定。在這種情況下，研究者轉(zhuǎn)向了用遺傳毒性測(cè)試來(lái)評(píng)價(jià)消毒后飲用水的水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)。與消毒副產(chǎn)物相比，遺傳毒性測(cè)試能夠更直接、全面的表征飲用水消毒的安全性9。飲水的遺傳毒性，是水中各種遺傳毒物綜合

25、作用和反應(yīng)的結(jié)果，除一部分來(lái)源于水源水污染外，消毒工藝產(chǎn)生的副產(chǎn)物也是主要來(lái)源。（1）氯消毒的影響至今，已有許多試驗(yàn)證明經(jīng)氯化消毒后的水具有遺傳毒性或致突變性。1974年，Rook和 Bellar10發(fā)現(xiàn)飲用水中含有鹵代甲烷類(lèi)物質(zhì)，進(jìn)而推動(dòng)了人們對(duì)飲用水處理工程中氯化副產(chǎn)物的檢測(cè)。由于氯仿已被證明能誘導(dǎo)小鼠肝細(xì)胞癌變和大鼠腎部出現(xiàn)腫瘤，因此，鹵代甲烷類(lèi)物質(zhì)引起了高度重視。另外一些物質(zhì)也被認(rèn)為是氯化消毒過(guò)程的副產(chǎn)物，如氯丁二烯、鹵乙腈、酮類(lèi)鹵代物等，Bull 等11已對(duì)這些物質(zhì)的致突變性和致癌性作了詳細(xì)闡述。鼠傷寒沙門(mén)菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)(Ames試驗(yàn))是最為常用的致突變檢測(cè)方法。多項(xiàng)研究結(jié)果顯示，氯

26、化消毒副產(chǎn)物的Ames試驗(yàn)呈陽(yáng)性。Sujbert等12對(duì)氯化消毒前后的飲水有機(jī)濃集物的致突變性進(jìn)行Ames試驗(yàn)檢測(cè)，結(jié)果顯示消毒后的飲水有機(jī)濃集物的誘變活性(0.832.51)比消毒前(0.280.83)明顯增高。Umbuzeiro等13運(yùn)用Ames試驗(yàn)檢測(cè)了兩個(gè)飲用水廠氯化消毒后水樣的致突變活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩份水樣的有機(jī)濃集物顯示出相同的結(jié)果，均可引起CG到AT的顛換。Kundu等14的研究表明氯化副產(chǎn)物HNMs對(duì)沙門(mén)菌有致突變作用，對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞有潛在誘變性。張淑琪等 15 用Ames試驗(yàn)分析氯化消毒對(duì)飲用水遺傳毒性的影響，結(jié)果表明，未氯化自來(lái)水有機(jī)提取物致突變反應(yīng)呈陰性，加氯后自來(lái)水致突變

27、性增加；在19mg/L的濃度范圍內(nèi)，隨氯濃度增加，水樣致突變性增加不顯著，而且加氯中和劑可以降低水樣的致突變性。但是也有研究者用不同的毒性測(cè)試試驗(yàn)得出不同結(jié)論。Nathaniel W等人16用人體細(xì)胞突變性試驗(yàn)研究腐殖酸溶液、沼澤水體和飲用水氯消毒前后的致突變性，結(jié)果表明氯化使腐殖酸溶液的致突變性增加了5.5倍；氯化前沼澤水體在高劑量時(shí)具有致突變性，氯化后低劑量時(shí)無(wú)致突變性而高劑量時(shí)表現(xiàn)很強(qiáng)的細(xì)胞極性毒性；但是飲用水氯消毒前后水均無(wú)致突變性。以上研究提示，在飲用水氯化消毒過(guò)程中產(chǎn)生的鹵代消毒副產(chǎn)物具有致突變作用，長(zhǎng)期飲用氯化消毒飲用水，存在致癌致突變的潛在危害。對(duì)于在氯化消毒中產(chǎn)生的致突變性化

28、學(xué)物及其前體物的鑒定工作也正在進(jìn)行，目前一般認(rèn)為能產(chǎn)生遺傳毒性副產(chǎn)物的前體物主要有胡敏酸、藻類(lèi)及藻類(lèi)細(xì)胞外物質(zhì)、蛋白質(zhì)和氨基酸等。Meier等人17研究了腐殖酸水溶液氯化后的致突變性，認(rèn)為水的致突變性大多是水中的腐殖酸與氯反應(yīng)的產(chǎn)物引起。Fielding等人18的研究結(jié)果表明，除水中腐殖酸外，氨基酸也是水中致突變物質(zhì)的可能前體。王家玲等人19也發(fā)現(xiàn)，腐殖酸是水中致突變物質(zhì)的重要前體。此外，水中藻類(lèi)及其代謝產(chǎn)物氯化后也會(huì)產(chǎn)生的很強(qiáng)的致突變活性。（2）其他消毒劑的影響對(duì)于飲用水經(jīng)過(guò)氯胺、二氧化氯等其他消毒劑單獨(dú)處理后遺傳毒性或突變性的變化，國(guó)內(nèi)外學(xué)者也進(jìn)行了一些研究。Licia Guzzella等

29、人20用體外短測(cè)成組測(cè)試（Ames試驗(yàn)、大腸桿菌SOS顯色試驗(yàn)、發(fā)光細(xì)菌毒性試驗(yàn)和酵母菌DNA突變?cè)囼?yàn)），研究地表水分別經(jīng)過(guò)NaClO、ClO2和過(guò)氧乙酸(PAA)消毒前后水中非揮發(fā)性有機(jī)濃縮物的遺傳毒性。結(jié)果表明，SOS顯色試驗(yàn)和酵母試驗(yàn)是最靈敏的遺傳毒性測(cè)試試驗(yàn)。控制三種消毒劑消毒后余氯均為0.2mg/L，NaClO和ClO2消毒會(huì)增加遺傳毒性，而PAA消毒能微弱降低水源水的遺傳毒性。但是由于水源水中有機(jī)物含量和種類(lèi)隨季節(jié)變化，導(dǎo)致水源水經(jīng)同一種消毒劑消毒后遺傳毒性變化規(guī)律不一致。Claudia Bolognesi 等人21用斑馬貝血細(xì)胞彗星試驗(yàn)研究不同季節(jié)的地表水經(jīng)NaClO、ClO2和

30、過(guò)氧乙酸(PAA)消毒3小時(shí)和20天前后水中遺傳毒性的變化，同時(shí)用斑馬貝鰓細(xì)胞微核試驗(yàn)研究地表水經(jīng)三種消毒劑消毒10天和20天前后的遺傳毒性。10月份水樣消毒劑投加量為：NaClO 1.24mg/L，ClO2 1.66mg/L，PAA 1.00mg/L；2月份水樣消毒劑投加量為：NaClO 0.71mg/L，ClO2 1.76mg/L，PAA 0.61mg/L；7月份水樣消毒劑投加量為：NaClO 0.55mg/L，ClO2 0.95mg/L，PAA 0.90mg/L；消毒處理前后的水樣不經(jīng)富集直接感染細(xì)胞。結(jié)果表明遺傳毒性活性與取水季節(jié)尤其是季節(jié)溫度有很大關(guān)系，冬季水樣的彗星試驗(yàn)的毒性效應(yīng)遠(yuǎn)

31、小于夏季的結(jié)果，微核試驗(yàn)也有類(lèi)似現(xiàn)象，盡管不太明顯；TOC、COD和BOD高的水樣的彗星試驗(yàn)效應(yīng)和微核試驗(yàn)效應(yīng)都明顯高于TOC、COD和BOD低的水樣。各個(gè)季節(jié)水樣用PAA消毒后都不會(huì)產(chǎn)生彗星試驗(yàn)和微核試驗(yàn)陽(yáng)性。水樣用NaClO和ClO2消毒后會(huì)導(dǎo)致彗星試驗(yàn)檢測(cè)的DNA損傷效應(yīng)降低，但使微核試驗(yàn)的微核發(fā)生率明顯增加。Silvano Monarca等人22用Ames試驗(yàn)和紫露草微核試驗(yàn)檢測(cè)冬季和夏季的水源水和5個(gè)不同處理工藝的水廠的飲用水（經(jīng)不同消毒劑消毒后）濃縮物的突變性。Ames試驗(yàn)結(jié)果表明，所有的水源水水樣都不具有突變性（TA98菌株）。臭氧氧化后再用ClO2消毒能降低飲用水的TA98突變

32、性，但是增加了夏季水樣的TA100突變性；所有用ClO2消毒的水樣的TA98和TA100突變性都降低了；但是所有用NaClO消毒的冬季水樣TA98突變性都增加。微核試驗(yàn)結(jié)果表明，水源水具有很高的微核發(fā)生率，即具有很強(qiáng)的染色體誘變性；NaClO消毒后微核率會(huì)增加，但是其他消毒方法處理后微核率均下降。衡正昌等23用Ames試驗(yàn)研究成都市某水廠氯胺消毒和液氯消毒飲用水的有機(jī)濃縮物的致突變性，結(jié)果表明，對(duì)于TA98菌株，液氯消毒的出廠水1.5L檢出陽(yáng)性反應(yīng)，而氯胺消毒檢出陽(yáng)性反應(yīng)的水樣量大于6.0L，證明氯胺消毒可以降低飲用水的致突變性。黃君禮等24用Ames試驗(yàn)對(duì)二氧化率和液氯消毒飲用水水樣和黃腐酸

33、(FA)溶液進(jìn)行了致突變性的比較，結(jié)果表明，二氧化氯消毒的水樣未顯示致突變性，而液氯消毒的水樣具有致突變性。國(guó)外已有研究者開(kāi)展過(guò)紫外線消毒對(duì)飲用水或者污水致突變性或遺傳毒性的影響的研究，大部分研究結(jié)果表明單獨(dú)紫外線照射不會(huì)增加水樣的致突變性或者遺傳毒性。Veer de等人25用低壓和高壓紫外燈照射阿特拉津、西瑪津等5種有機(jī)農(nóng)藥和苯丙氨酸等幾種水體中天然存在的有機(jī)化合物，用Ames試驗(yàn)和姐妹染色單體交換試驗(yàn)研究其致突變性，結(jié)果表明無(wú)論是低壓還是高壓，對(duì)所有樣品來(lái)講，紫外照射前后均無(wú)致突變性。Thomas Haider等26用80mJ/cm2的低壓紫外燈照射澳大利亞不同地區(qū)的地下水，用Ames、紫

34、露草微核試驗(yàn)和鼠肝臟細(xì)胞微核試驗(yàn)比較水樣在紫外線照射前后的致突變性和遺傳毒性，結(jié)果表明，只有一份水樣紫外線照射后Ames致突變性增加（回復(fù)突變率為1.9），其余水樣紫外線照射后均無(wú)遺傳毒性和致突變性的增加。Silvano Monarca等人27用Ames試驗(yàn)、紫露草微核試驗(yàn)和洋蔥微核試驗(yàn)考察夏、冬季城市生活污水經(jīng)紫外線照射后（照射強(qiáng)度是5.69.7W/m2，照射時(shí)間是411s）致突變性和遺傳毒性的變化，用發(fā)光菌試驗(yàn)考察其急性毒性的變化，發(fā)現(xiàn)四種試驗(yàn)結(jié)果均為陰性（除了在高劑量時(shí)會(huì)對(duì)Ames菌種產(chǎn)生抑菌作用），說(shuō)明紫外線照射不會(huì)增加污水的致突變性、遺傳毒性和極性毒性。Helma等人28用紫露草微核

35、試驗(yàn)檢測(cè)受污染的地下水經(jīng)不同劑量紫外線照射后遺傳毒性的變化，結(jié)果表明其微核發(fā)生率存在明顯的劑量效應(yīng)關(guān)系，而且最高紫外線照射劑量（1500J/m2）下的微核率是無(wú)紫外線照射時(shí)的6倍多，說(shuō)明受化學(xué)物質(zhì)污染的水體經(jīng)紫外線照射后會(huì)有遺傳毒性增加的風(fēng)險(xiǎn)。從上述已有的研究結(jié)果可以看出，飲用水消毒過(guò)程中遺傳毒性的變化非常復(fù)雜，不同的消毒方法、不同的消毒條件、不同的飲用水、不同的季節(jié)、不同的毒性測(cè)試終點(diǎn)都可能得到不同甚至相反的結(jié)論，因此有必要系統(tǒng)的研究消毒方法、消毒條件、水質(zhì)特性等對(duì)飲用水消毒過(guò)程中毒性變化的影響，以評(píng)估飲用水消毒的水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)。1.2.2.2 遺傳毒性化合物的鑒定（1）存在的問(wèn)題為了評(píng)估飲用

36、水中化學(xué)物引發(fā)的健康安全性問(wèn)題，鑒定哪些物質(zhì)具有遺傳毒性就顯得尤為必要。而弄清具體那種物質(zhì)產(chǎn)生的毒效應(yīng)是很困難的。主要有以下原因：(a)飲用水中化學(xué)物質(zhì)種類(lèi)繁多。1985年，Lucas29等人對(duì)美國(guó) 5個(gè)城市的飲用水做了調(diào)查。在檢測(cè)出的化學(xué)物中，有1100多種曾做過(guò)毒性分析，大約還有2倍以上的化學(xué)物沒(méi)有做過(guò)毒性分析。(b)對(duì)于已經(jīng)做過(guò)毒性分析的化學(xué)物，有很多能用一個(gè)系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)，但卻不能被其他系統(tǒng)檢測(cè)出來(lái)。(c)溶解在飲用水中的有機(jī)成分，90%是不揮發(fā)性有機(jī)物，這些物質(zhì)很可能是極性物質(zhì)或具有較高的分子量，一般難以用氣相色譜或質(zhì)譜進(jìn)行分析。(d)飲用水樣濃縮所得到的有機(jī)殘余物，通常有致突變性。(

37、e)缺乏對(duì)某些化學(xué)物毒性定量評(píng)價(jià)的資料和根據(jù)其水中實(shí)際濃度所得到的毒性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。各種有機(jī)物在總體的致突變效應(yīng)中各自所起的作用還不清楚。是由于大量化學(xué)物累積產(chǎn)生的致突變性還是某幾種強(qiáng)致突變物質(zhì)所引起的效應(yīng)使這一問(wèn)題更加復(fù)雜。同時(shí)，化學(xué)物之間的協(xié)同效應(yīng)和拮抗效應(yīng)也使這一問(wèn)題變得更復(fù)雜。（2）致變物鑒定的方法致變物鑒定方法可分為以下幾種類(lèi)型：一是先檢測(cè)出水中的有機(jī)化學(xué)物，然后一個(gè)一個(gè)的分析它們潛在的毒性。例如，Simmon等30用從水中測(cè)出的 71種有機(jī)物來(lái)誘導(dǎo)細(xì)菌和鼠傷寒沙門(mén)氏菌發(fā)生點(diǎn)突變。二是誘變性導(dǎo)向分離，分離水中具有致突變活性的物質(zhì)。主要用和致突變分析相一致的分離技術(shù)，這種方法一般需要較多的

38、步驟，直到分離出所要的致突變物。三是根據(jù)飲用水的致突變性與氯化消毒直接相關(guān)的前體物設(shè)計(jì)的，這種方法利用代表性底物（如腐殖質(zhì)、氨基酸等）的氯化反應(yīng)來(lái)檢測(cè)致突變物的形成過(guò)程。四是衍生技術(shù)。五是選擇有代表性的誘變物進(jìn)行專(zhuān)門(mén)分析。（3）飲用水濃縮物的分級(jí)抽提與分析大多數(shù)以鑒定致突變物為目標(biāo)的研究多使用飲用水的濃縮有機(jī)抽提物為研究材料。在制備這些抽提物時(shí)，樣品中的揮發(fā)性組分大部分丟失了。即使采取一些措施減少揮發(fā)性物質(zhì)的丟失，但那些高度揮發(fā)性物質(zhì)也難以保留。因此，用常規(guī)方法來(lái)分離和分析水中致突變物時(shí)，所得結(jié)果常限制于對(duì)飲用水中相應(yīng)的非揮發(fā)性有機(jī)致變物的評(píng)估。從更廣泛的意義上講，由于樣品濃縮的方法存在著選擇

39、性，所鑒定的水中致突變物的類(lèi)型在一定程度上已預(yù)先決定。這個(gè)事實(shí)在許多出版物中沒(méi)有提到，但研究致變物特性時(shí)應(yīng)該意識(shí)到這一點(diǎn)。若以飲用水中揮發(fā)性有機(jī)物的Ames試驗(yàn)結(jié)果加以比較，發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性有機(jī)氯化物對(duì)活性的貢獻(xiàn)是不大的，總?cè)u甲烷的活性?xún)H占引水中總活性的1/50至1/100，這說(shuō)明我們?cè)谘芯匡嬘盟畷r(shí)，以非揮發(fā)性有機(jī)物為對(duì)象的方向時(shí)正確的。 Loper 及同事31最初嘗試鑒定飲用水中非揮發(fā)性有機(jī)組分中的致變物。他們的程序是在中性、堿性或酸性 pH值條件下，用正己烷抽提，然后在用薄層層析和高效液相色譜進(jìn)一步分離，最后，可用核磁共振和質(zhì)譜分析其結(jié)構(gòu)。Loper 等人31隨后又改進(jìn)了方法：非揮發(fā)性物質(zhì)先經(jīng)

40、過(guò) XAD-2 和 XAD-7 樹(shù)脂柱吸附，再用 HPLC分離以得到一系列各別的致突變組分，但是所抽提的致變物的不穩(wěn)定性是這種方法所遇到的主要問(wèn)題。Kool 等32用中性和酸性的 XAD樹(shù)脂柱對(duì)荷蘭境內(nèi)的飲用水進(jìn)行抽提，抽提物再用色譜進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，兩種方法得到的抽提物中致變劑的分子量范圍在 100 到 300之間。（4）水處理后消毒副產(chǎn)物的毒性分析在推斷水源中有機(jī)物與消毒使用的化學(xué)物反應(yīng)產(chǎn)生的遺傳毒性產(chǎn)物時(shí)，要考慮到許多反應(yīng)條件，如反應(yīng)物濃度、pH、溫度、反應(yīng)時(shí)間等。有些條件對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物的數(shù)量及種類(lèi)有很大影響，必須加以考慮。在理想狀況下，反應(yīng)條件盡可能接近真實(shí)情況。在天然水中，有機(jī)氮的含量

41、可相當(dāng)于水中總有機(jī)碳的三分之一，大部分有機(jī)氮是以氨基酸或蛋白質(zhì)形式存在。在八十年代，水處理使用的消毒物與氨基酸反應(yīng)是否產(chǎn)生遺傳毒性物質(zhì)成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。Sussmath等33把氯氣吹入高濃度的氨基酸溶液中，幾分鐘后，發(fā)現(xiàn)氯化的甲硫氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、甘氨酸和半胱氨基酸溶液能使細(xì)菌基因產(chǎn)生損傷。Rapson等34報(bào)道酪氨酸的氯化溶液能使 TA98菌株發(fā)生突變。Tan等對(duì)二肽的氯化產(chǎn)物進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)羥脯氨酸、羥賴(lài)氨酸的氯化反應(yīng)產(chǎn)物對(duì) Ames 試驗(yàn)中的 TA98、TA100有直接的致突變作用。在鑒定單個(gè)反產(chǎn)物毒性方面也有不少研究。Bull11鑒定鹵乙腈類(lèi)產(chǎn)物無(wú)論是用 Ames 試驗(yàn)還是用姐妹染

42、色單體交換試驗(yàn)都有直接的致突變性。湖泊、溪流和一些地下水中大部分溶解的有機(jī)碳類(lèi)物質(zhì)是腐殖質(zhì)。自從發(fā)現(xiàn)水中存在三鹵甲烷類(lèi)物質(zhì)時(shí)，這類(lèi)天然有機(jī)物質(zhì)作為氯化消毒副產(chǎn)物的前體物而受到廣泛的關(guān)注。Rook等人10認(rèn)為三鹵甲烷類(lèi)物質(zhì)是消毒過(guò)程中氯與腐殖質(zhì)反應(yīng)的產(chǎn)物，因此，人們從氯化副產(chǎn)物形成的機(jī)制及這些產(chǎn)物的鑒定入手, 對(duì)腐殖質(zhì)類(lèi)物質(zhì)參與的氯化反應(yīng)做了廣泛的研究。腐殖質(zhì)氯化產(chǎn)物的致突變性最早被 Bull 等人35證實(shí)。在這個(gè)研究中，他們用從兩個(gè)湖中得到腐殖質(zhì)和胡敏酸和從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)腐殖質(zhì)為材料，通過(guò)比較加氯前和加氯后的致突變性，發(fā)現(xiàn)加氯處理后的樣品有顯著的致突變性，而未經(jīng)氯化處理的樣品卻沒(méi)有。Miettin

43、en等人36也發(fā)現(xiàn)氯化處理富含腐殖質(zhì)的飲用水后有機(jī)鹵化物明顯增高，這類(lèi)物質(zhì)具有致突變性。關(guān)于致突變物的組分也有不少研究，大多數(shù)結(jié)果顯示這些物質(zhì)主要是一些極性化合物。也有人用其它消毒劑取代氯氣對(duì)腐殖質(zhì)進(jìn)行處理，然后檢測(cè)致變物的形成，其結(jié)果大部分為陰性或毒性減弱。1.2.2.3 對(duì)人體健康危害的評(píng)價(jià)由于擔(dān)心致突變物可能產(chǎn)生致癌作用及能誘導(dǎo)生殖細(xì)胞產(chǎn)生可遺傳的突變，飲水對(duì)人體健康的是否有顯著性危害的標(biāo)志，即是否存在致變性，成為一個(gè)公眾健康問(wèn)題被提出來(lái)。用體外系統(tǒng)，主要是細(xì)菌細(xì)胞、哺乳動(dòng)物細(xì)胞及低等真核生物，都可以監(jiān)測(cè)飲用水濃縮物的遺傳毒性。但是，用哺乳動(dòng)物個(gè)體監(jiān)測(cè)到飲水濃縮物的遺傳毒性還沒(méi)有另人信服

44、的證據(jù)。嚙齒類(lèi)的肝 S9 微粒體在有些情況下能明顯降低飲用水的致突變性，暗示肝的代謝減毒作用可能阻止直接誘變劑到達(dá)組織內(nèi)37，如骨髓。人們對(duì)飲用水的關(guān)注更多是擔(dān)心長(zhǎng)期攝入水中的遺傳毒物可能增加誘發(fā)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。在氯化處理的地表水或污染的地下水中，有幾種化學(xué)物濃度較高，如氯仿、四氯甲烷、三氯乙烯等，這些物質(zhì)在遺傳毒性實(shí)驗(yàn)中有時(shí)表現(xiàn)出活性，有時(shí)沒(méi)有活性。這些化學(xué)物的致癌性表現(xiàn)受到一些錯(cuò)綜復(fù)雜的因素的影響，而這些復(fù)雜因素又使癌癥誘發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生許多不確定性。飲水中有機(jī)濃縮物的致癌性在大鼠和小鼠身上都做過(guò)試驗(yàn)。其中，氯仿抽提的有機(jī)濃縮物的長(zhǎng)期致癌性研究既有陽(yáng)性結(jié)果也有陰性結(jié)果。Kool 等人32發(fā)現(xiàn) XA

45、D-2 樹(shù)脂對(duì)萊茵河水抽提得到的有機(jī)濃縮物在致突變?cè)囼?yàn)中有穩(wěn)定的陽(yáng)性結(jié)果，但在將此河水喂養(yǎng)小鼠連續(xù)兩年并把劑量提高到大約為人正常攝入劑量的 68倍條件下，未能誘導(dǎo)小鼠發(fā)生腫瘤。大量的流行病學(xué)研究證實(shí)飲用含有致突變物的水誘發(fā)癌癥的風(fēng)險(xiǎn)是存在的。從早期的描述性研究中發(fā)現(xiàn)接觸氯化的自來(lái)水和氯化副產(chǎn)品與癌癥風(fēng)險(xiǎn)的增加有很好的相關(guān)性。Vartiainen等38利用接觸有致突變性的飲用水的回顧性資料來(lái)研究飲用水與癌癥關(guān)系，取得較好的相關(guān)關(guān)系 。Koivusalo 等39發(fā)現(xiàn)飲水中酸性致突變化學(xué)物在腎癌和膀胱癌的發(fā)生中起重要作用。他們40又通過(guò)對(duì)芬蘭 1991-1992 年膀胱癌和腎癌病歷的流行病學(xué)分析，并

46、考慮到各種因素，認(rèn)為在飲用具有致突變性水的人群中，男性誘發(fā)癌癥風(fēng)險(xiǎn)度大于女性。Miettinen等人41對(duì) 1998-1999 年芬蘭境內(nèi)發(fā)生的由水引發(fā)的流行病進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在這些病例中，由公共供水系統(tǒng)引起的病例占大部分，其病因除氯化消毒引起外，水中的病毒污染也是引起癌癥的主要原因。1.2.3 遺傳毒理短期測(cè)試方法介紹目前遺傳毒理學(xué)短期生物測(cè)試方法主要有Ames實(shí)驗(yàn)、微核實(shí)驗(yàn)、彗星試驗(yàn)和umu試驗(yàn)等42。遺傳毒理短測(cè)方法雖不能直接用于評(píng)價(jià)飲用水中誘變物對(duì)人遺傳毒性的危險(xiǎn)性，但它在飲用水質(zhì)的檢測(cè)及其它方面有著重要的實(shí)用價(jià)值，具體有以下幾個(gè)方面的應(yīng)用：（1）運(yùn)用短測(cè)方法檢測(cè)飲用水的誘變性自Simm

47、on30等首次報(bào)道了飲用水致突變陽(yáng)性的結(jié)果，人們運(yùn)用了大量的短測(cè)實(shí)驗(yàn)測(cè)試了飲用水的遺傳毒性，其中用的最廣泛的是Ames實(shí)驗(yàn)，以TA100、TA98最敏感，而Maron和Ames在1983年提出的TA102和TA104則應(yīng)用很少。不管是哪一種，只要能在任何一個(gè)菌株中出現(xiàn)陽(yáng)性，則可判定為有遺傳毒性。（2）運(yùn)用短測(cè)方法尋找影響XAD樹(shù)脂濃縮法的因素目前對(duì)水進(jìn)行分離濃縮常用吸附濃縮法，就需要知道如何才能達(dá)到XAD樹(shù)脂的最佳條件。Kool H J等人43通過(guò)Ames實(shí)驗(yàn)表明，應(yīng)根據(jù)不同的具體條件，選擇不同的樹(shù)脂類(lèi)型、淋洗劑種類(lèi)及調(diào)整水樣的pH值，才能達(dá)到最佳效果。（3）運(yùn)用短測(cè)方法尋找可疑的致突變物質(zhì)及

48、形成的階段自來(lái)水經(jīng)氯化消毒后會(huì)產(chǎn)生氯仿和其它鹵代烴，研究結(jié)果表明，飲用水中揮發(fā)性有機(jī)物對(duì)致突變活性的貢獻(xiàn)并不大，僅占總誘變活性的2%，所以重點(diǎn)應(yīng)放在非揮發(fā)性鹵代烴上。Heming等44研究表明，MX占水樣致突變活性的15%34%，而二氯丙醛和氯代丙醛類(lèi)物質(zhì)占飲用水致突變活性的百分比很小。（4）運(yùn)用短測(cè)方法評(píng)價(jià)各種消毒方法的效果由于氯化消毒能產(chǎn)生致突變物，迫使人們尋找更好的方法來(lái)代替氯化消毒。Miller45對(duì)Mississippi河的水樣分別經(jīng)氯化，氯胺，二氧化氯處理，Ames實(shí)驗(yàn)表明，3種消毒方法均可產(chǎn)生直接致突變物，其誘變性的順序?yàn)椋郝然劝范趸取?.2.3.1 Ames試驗(yàn)方法據(jù)估計(jì)

49、，絕大多數(shù)人類(lèi)癌癥是由于環(huán)境因素，主要是環(huán)境化學(xué)因素引起的，包括人造的和天然的化學(xué)物，以往曾用慢性誘癌試驗(yàn)檢查過(guò)其中一小部分化學(xué)物。但慢性試驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力、耗資，不適用篩選數(shù)目眾多的環(huán)境化學(xué)物。近幾十年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，每年有大量新的化學(xué)物，包括工業(yè)品、農(nóng)藥、藥物、食品添加劑、化裝品等進(jìn)入人類(lèi)環(huán)境，造成大量的化學(xué)污染，它們除了能對(duì)人類(lèi)產(chǎn)生明顯的急性毒性外，還可能有遠(yuǎn)期危害，例如誘發(fā)突變、致癌、致畸、促進(jìn)衰老和心臟病的發(fā)生等。要對(duì)有潛在危害的化學(xué)物作出預(yù)報(bào)，就需要有快速、經(jīng)濟(jì)、靈敏、特異的初篩方法。Ames 等經(jīng)過(guò)十余年的努力，建立了一個(gè)以檢測(cè)致突變性為基礎(chǔ)的、行之有效的沙門(mén)氏菌回復(fù)突變?cè)囼?yàn)。該

50、試驗(yàn)已廣泛應(yīng)用于化學(xué)物的初篩，并被推為首選試驗(yàn)。（1）Ames試驗(yàn)原理Ames 試驗(yàn)是利用一組鼠傷寒沙門(mén)氏菌突變型菌株，即一系列組氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株（his-），在加入或不加入哺乳動(dòng)物肝微粒體酶活化的條件下，測(cè)定化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)回復(fù)突變成野生型（his+）菌株的能力。當(dāng)營(yíng)養(yǎng)缺陷型細(xì)菌回復(fù)突變?yōu)橐吧蜁r(shí)，細(xì)菌從不能合成組氨酸到能合成組氨酸，從而能在不加組氨酸的選擇性培養(yǎng)基上生長(zhǎng)。根據(jù)在選擇性培養(yǎng)基上生長(zhǎng)的細(xì)菌菌落數(shù)目，與對(duì)照組自發(fā)回復(fù)突變菌落數(shù)目相比較，來(lái)測(cè)定化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)微生物基因突變的能力。（2）Ames試驗(yàn)菌種及生物學(xué)特征Ames及其同事推薦三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)菌株（TA1535，TA1537，TA1538

51、）和兩個(gè)衍生菌株（TA100，TA98）作為常規(guī)試驗(yàn)用的測(cè)試菌株。TA1535是堿基置換型突變株，TA1537和 TA1538是移碼突變株。Maron 和 Ames49建議改用由TA100，TA98，TA97，TA102 等 4 個(gè)菌株組成的新測(cè)試菌株組。TA97 的回變特性與 TA1537相似，但比后者敏感的多。TA102除了在組氨酸G基因內(nèi)有赭石型突變外，還帶有兩個(gè)質(zhì)粒 pKM101和 pAQ1，用它可有效地檢出醛類(lèi)、過(guò)氧化氫及DNA 交聯(lián)劑。這些菌株除組氨酸操作子發(fā)生突變外，也附加其它幾種基因突變。一種是深粗糙突變，簡(jiǎn)寫(xiě)為rfa。該基因突變改變了細(xì)胞壁上脂多糖性質(zhì)，使細(xì)胞壁喪失了屏障作用

52、一些大分子化學(xué)物易進(jìn)入菌體內(nèi)。該突變克服了檢測(cè)敏感性隨受試物質(zhì)分子直徑增大而降低的缺點(diǎn)，同時(shí)也使細(xì)菌喪失致病力。其次是紫外線抗性基因突變（簡(jiǎn)寫(xiě)為 uvrB基因）。uvrB基因的功能是修復(fù)紫外線對(duì)對(duì) DNA的損傷。該基因的突變使細(xì)菌的 DNA切除修復(fù)機(jī)制喪失，提高試驗(yàn)的敏感性。另外，有的菌株還含 R因子質(zhì)粒，命名為 pKM101。該質(zhì)粒能促進(jìn)細(xì)菌的易錯(cuò)修復(fù)，使各類(lèi) DNA損傷較早被最終固定于 DNA分子，轉(zhuǎn)化為基因突變。（3）Ames試驗(yàn)的操作與結(jié)果判斷(a)斑點(diǎn)試驗(yàn)與陽(yáng)性判斷依據(jù)。將0.5mL的DM鹽溶液或等體積的S9 混合液、0.1mL 的測(cè)試菌液與 2mL 頂層瓊脂混勻后倒如底層平板中。再

53、把受試物加在濾紙片上，然后將紙片移至已凝固的頂層瓊脂上，也可把受試物直接加在已凝固的頂層瓊脂上。1小時(shí)內(nèi)將平板翻轉(zhuǎn)放入培養(yǎng)箱中，48小時(shí)后觀察結(jié)果。在紙片周?chē)霈F(xiàn)較密集菌落者為試驗(yàn)陽(yáng)性?？考埰幙梢?jiàn)寬窄不等的殺（抑）菌帶，根據(jù)殺（抑）菌帶的寬度，可粗略估計(jì)受試物的毒性程度。本法特別適用短期初篩大量受試物，但也有局限性，即在瓊脂中不能擴(kuò)散的多環(huán)芳烴化合物，不能被檢出。(b)平板摻入試驗(yàn)與陽(yáng)性判斷標(biāo)準(zhǔn)。平板摻入試驗(yàn)是在滅菌的試管中，依次加受試化學(xué)物、DM 鹽溶液或 S9 混合液、菌液，然后加 2ml 頂層瓊脂混勻倒入底層平板中。待頂層瓊脂凝固后，將平板翻轉(zhuǎn)，放入培養(yǎng)箱中，3 天后觀察結(jié)果。判斷致突

54、變?cè)囼?yàn)的陽(yáng)性標(biāo)準(zhǔn)是：平均每皿回變菌落數(shù)為溶劑對(duì)照（可視為自發(fā)突變數(shù)）的 2倍；有重復(fù)性；回變菌落數(shù)隨劑量的增高而增加，但并非經(jīng)常能獲得線形劑量反應(yīng)曲線；經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理有顯著性差異。(c)預(yù)培養(yǎng)平板摻入試驗(yàn)。該方法是平板摻入法的發(fā)展，它是把受試物、緩沖液和細(xì)菌懸掖在 37水浴中預(yù)培養(yǎng) 20分鐘，然后再加入頂層瓊脂。預(yù)培養(yǎng)法能提高檢測(cè)致突變物的靈敏度，對(duì)于某些用平板摻入法很難檢測(cè)出的誘變劑有良好的效果。該法已經(jīng)檢測(cè)出多種致癌性亞硝基胺和幾種致癌性生物堿以及某些不穩(wěn)定的化學(xué)物和揮發(fā)性化學(xué)物的誘變性。（4）Ames試驗(yàn)方法的評(píng)價(jià)Ames 試驗(yàn)對(duì)化學(xué)致癌物來(lái)說(shuō)，不是決定性的試驗(yàn)。但是，目前各地資料表明，Am

55、es 試驗(yàn)陽(yáng)性與致癌之間有十分明顯的相關(guān)性。McYann47用該試驗(yàn)檢測(cè) 300種化學(xué)物的結(jié)果指出，大多數(shù)致癌劑是誘變劑，相關(guān)性在 80%以上。因而，陽(yáng)性誘變劑可被視為有致癌危險(xiǎn)的物質(zhì)，對(duì)人類(lèi)有潛在危害。Ames試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是，方法靈敏，檢出率高；加之方法比較簡(jiǎn)便、易行，不需特殊器材，容易推廣。其缺點(diǎn)是，微生物的 DNA修復(fù)系統(tǒng)比哺乳動(dòng)物簡(jiǎn)單，基因不如哺乳動(dòng)物多，不能完全代表哺乳動(dòng)物的實(shí)際情況。盡管如此，由于存在上述的優(yōu)勢(shì)，故目前在致突變?cè)囼?yàn)中占重要位置，成為首選的試驗(yàn)方法。加拿大、美國(guó)、日本等許多國(guó)家都在誘變?cè)囼?yàn)系統(tǒng)中將Ames試驗(yàn)列在首選位置，與細(xì)胞遺傳學(xué)體外試驗(yàn)或體內(nèi)試驗(yàn)組合，可作為第一階

56、段初篩的手段。1.2.3.2 umu試驗(yàn)方法（1）umu試驗(yàn)原理umu是UV mutable的縮寫(xiě)形式，其原始含義是經(jīng)紫外線照射引起的突變。umu基因來(lái)源于大腸桿菌，其主要存在的2種形式是umuC和umuD。umuC基因的大小為45kDa，屬于DNA聚合酶V，其跨越無(wú)堿基位點(diǎn)的合成能力比聚合酶高100150倍；umuD基因的大小位15kDa，也屬于聚合酶V，它能促進(jìn)DNA損傷的修復(fù)。umuC和umuD是SOS調(diào)節(jié)子的重要成員，誘導(dǎo)后才能表達(dá)RecA。當(dāng)生物體內(nèi)的 DNA分子受到外源化學(xué)物質(zhì)或一些物理因素攻擊而造成損傷時(shí)，生物體內(nèi)存在的一系列修復(fù)系統(tǒng)即對(duì)損傷的 DNA分子進(jìn)行修復(fù)。修復(fù)方式有直接修復(fù)、切除修復(fù)、易錯(cuò)修復(fù)和重組修復(fù)。當(dāng)DNA大范圍受損，復(fù)制受抑制情況下，細(xì)胞產(chǎn)生一種易錯(cuò)修復(fù)(error pronere pair)功能，稱(chēng)為SOS修復(fù)，此時(shí)細(xì)胞表現(xiàn)為DNA修復(fù)功能增強(qiáng)、細(xì)胞生長(zhǎng)正常但分裂受抑制、基因突變?cè)黾印⒑粑茏璧?，而?xì)胞受理化因素?fù)p傷產(chǎn)生的寡核苷酸、單鏈或缺口雙鏈DNA等成為誘導(dǎo)信號(hào)，使無(wú)活性的RecA蛋白被激活，激活的RecA蛋白可與單鏈DNA(ssDNA)結(jié)合形成RecA ssDNA核蛋白體，后者介導(dǎo)LexA蛋白裂解，LexA蛋白水平的下降可誘導(dǎo)SOS調(diào)節(jié)子，大量轉(zhuǎn)錄recA基因，同時(shí)也激活原被L