全 文 ：植 物 研 究
BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH
第 18 卷 第 1 期 1998 年 1月
Vol.18 No.1 Jan., 1998
植物微核技术在监测水质污染中的应用
刘二曼 邹 莉 刘清臻 刘宏伟
(东北林业大学 , 哈尔滨 150040)
摘 要 应用韭菜微核技术 ,检测哈尔滨市量具刃具厂含铬废水的遗传毒性 ,试验
表明:含铬废水可诱发韭菜和蚕豆根尖细胞产生微核 ,进行回归分析 ,其蚕豆对 Cr+6
诱变剂回归分析为:y =24.94+127.77x(r=0.996 , P <0.01),韭菜对 Cr+6诱变剂
回归方程为:y=21.74+100.23x(r=0.900 ,P <0.01),韭菜对含铬废水的回归方程
为:y =11.17+3.83x(r=0.781 , P<0.05),韭菜根尖微核技术具有微核效应良好 ,
方法简单 ,取材容易等优点。
关键词 微核技术;含铬废水;蚕豆;韭菜
APPLICATION OF PLANT MICRONUCLEUS TEST
TECHNIQUE IN DETECTING WATER POLLUTION
Liu Er-man Zou Li Liu Qing -zhen Liu Hong-wei
(Nor theast Forestry University , Harbin 150040)
Abstract With plant micronucleus test technique , the genetic toxici ty of chromium-
borne w aste w ater , which is taken from Harbin Measuring Inst rument and Cut ting
Tolls Mill , has been studied.Its result show s that the micronucleus can be , have been ,
induced by chromium -bo rne w aste w ater from root-tip cell of All ium tuberosum
Roxb.and Vicia faba L.The regression equation betw een the plants and Cr+6-in-
ducer is as follow s:y=24.94+127.77x(r=0.996 , P<0.01)for Vicia faba L.and
y =21.74+100.23x(r=0.900 , P<0.01)for Allium tuberosum Roxb.It also is Y
=11.17 +3.83x(r =0.781 , P <0.05)between Allium tuberosum Roxb.and
chromium-borne w aste water.A simple method , being easy of collecting materials ,
and a good micronucleus ef fect are show n by micronucleus test technigue on the roo t-
tip cell of A llium tuberosum Roxb.
Key words Micronucleus Test Technique;Chromium-borne waste w ater;Vicia fa-
ba L.Allium tuberosum Roxb.
收稿日期:1997-3-10
1.前 言
随着工业的发展 ,环境污染已成为影响人类健康的重大公害 。人们最关心的是那些对
生物具有诱变作用 ,对人类有潜在危害的污染物质。金属铬是广泛存在于环境中的一种元
素。在冶金 、电镀 、皮革和化工等工业生产中能排放出大量的含铬废水 ,含铬废水有很强的
遗传毒性 ,长期接触可导致癌症 ,农作物受到铬污染后 ,生长发育受阻 ,甚至枯死。因此 ,以
生物法监制铬污染具有重要意义。
本项研究是利用韭菜微核技术来检测哈尔滨量具刃具厂镀铬车间的含铬废水的遗传毒
性。该车间每天排放的含铬废水量平均约 50吨 ,含铬废水经马家沟河排入松花江 ,对以松
花江为饮用水来源的哈尔滨市民有一定的影响。
韭菜微核技术是利用环境污染因子引起细胞染色体畸变产生微核而建立起来的一种新
技术。该技术具有方法简单 ,取材容易 ,不受时间和地域限制等优点 ,检测结果能为环境管
理提供综合的生物指标。
2.材料和方法
2.1 植物材料
韭菜(Allium tuberosum Roxb.),染色体数目少而大(2n=16),容易观察 ,本底微核率比
较低 ,种源丰富 ,适应性强 ,各地均有栽培。
蚕豆(Vicia faba L .)取种于武汉 ,染色体(2n=12)是微核技术检测环境污染的良好材
料。
2.2 废水采样
废水采自哈尔滨市量具刃具厂镀铬车间 ,水样中含有Cr6+ ,pH 值在 6.7 ～ 10.5范围内 ,
但大部分水样 pH 值接近于 7 。
2.3 检验方法
(1)发芽
选取丰满 ,粒大的种子 ,用温水浸泡 24hr 后 ,取出摆在放有湿润滤纸的培养皿中 ,盖好
盖子 ,置于恒温箱(24℃)中发芽 ,待初生根长至 0.5 ～ 1.5cm 时 ,进行处理。
(2)处理样品
将废水稀释为 100%、50%和对照(自来水)三个浓度 ,分别放置烧杯中 ,然后放入发芽中
子5 ～ 6个 ,在24℃的恒温水浴中处理4hr ,处理后的根尖用自来水冲洗 4 ～ 5次 ,再用蒸馏水
冲洗一次 ,放置有湿润滤纸的培养皿中修复 24hr(室温)。
(3)固定及保存
将修复后的根尖用卡诺氏剂固定 24hr ,即可水解制片 ,如不能立即用水解制片 ,可放置
在 5℃冰箱中保存(最好不超过 24hr)。
(4)水解
去掉固定液 ,把材料用自来水冲洗 4 ～ 5次 ,然后再用蒸馏水冲洗一次 ,将材料浸入已预
热到 60℃的 1N HCl水解 1 ～ 2分钟 ,即将酸液倒出 ,用自来水冲洗至无酸味后 ,再用蒸馏水
冲洗一次 。
911 期 刘二曼等:植物微核技术在监测水质污染中的应用
(5)制片和镜检
随机选取水解后的洁白 ,新鲜根尖 3个 ,用刀片切下尖部约 1mm长 ,用改良石碳酸品红
染色 3min ,用压碎法制片 ,观察根尖有分裂相的区域 ,每个根尖镜检 1000个细胞 ,并统计微
核千分率(MCN‰)和标准差(S)。
3.结果与讨论
3.1 含铬废水对韭菜根尖微核的诱变效应
我们已报道过韭菜微核技术对各种工业废水均具有明显的微核效应。本试验进一步研
究不同浓度含铬废水对韭菜根尖细胞染色体损伤产生微核的相关性 。
表 1 含铬废水对韭菜根尖微核的诱变效应
Table 1 The induced effect of root-tip micronucleus of Allium tuberosum Roxb.by
Chromicum-borne waste water
序号
No.
采样日期
Date of
S ampling
植物材料
Plant
Materials
主要污染物
Main Con-
taminant
(mg/ l)
废水浓度
Concent r-
ation of
Waste Water
(mg/ l)
废水 pH 值
pH-value
of Waste
w ater
稀释浓度
Dilut ion
Concen-
t ration
实际浓度
Real
Concen-
t ration
(mg/ l)
MCN‰
平均值
Mean
of MCN‰
标准差
Standard
Deviation
显著性检验
Tests of
Significence
1 91.4.17
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 9.90 8.1 100 9.90 50.00 4.36 P<0.01
50
对照 6.00 3.06
2 91.4.23
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 4.00 10.50 100 4.00 24.00 5.29 P<0.01
50 17.70 6.66
对照 7.00 3.21
3 91.4.25
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 13.40 7.20 100 13.40 20.00 3.46 P<0.01
50 6.70 39.00 3.10
对照 6.30
4 91.5.7
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 6.50 6.70 100 6.50 30.03 5.51 P<0.01
50 3.75 19.7 2.08
对照 6.5 3.21
5 91.5.9
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 8.20 7.00 100 8.20 47.00 1.00 P<0.01
50 4.10 25.00 2.65
对照 6.5 3.21
6 91.5.15
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 11.00 7.00 100 11.00 12.00 4.62 P<0.01
50 5.50 30.00 5.51
对照 6.30
7 91.5.16
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 7.40 6.90 100 7.40 45.30 6.86 P<0.01
50 3.70 19.30 4.16
对照 6.70 2.00
8 91.4.17
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 19.00 8.20 100 19.00 11.00 2.00 P<0.01
50 9.50 42.70 8.33
对照 8.00 3.06
9 91.4.17
韭菜
A ll ium
tuberosum
Roxb.
C r6+ 13.80 7.10 100 13.80 29.70 4.16 P<0.01
50 6.90 34.00 4.36
对照 7.00 1.50
试验共取样 9次 ,含铬废水浓度由哈尔滨量具刃具厂环保科化验。试验结果表明:各处
理组的微核率平均值(MCN‰,平均值)明显高于对照组 。由表 1可见除 3 , 6 , 8 , 9组 100%
浓度处理组 ,韭菜根尖微核率随含铬废水浓度的升高而增加 ,含铬废水浓度与微核率之间呈
92 植 物 研 究 18 卷
图 1 铬废水诱变韭菜根尖的微核
Fig.1 The micronucleus in the root - tip of Allium
tuberosum Roxb.inducd by Chromium -borne
waste wa ter
现明显的剂量效应关系。但当含铬废水
浓度继续增大至 11mg/ l以上时 ,微核率
又明显下降 。含铬废水对韭菜细胞染色
体的损伤效应十分明显(图 1),说明由铬
引起的环境污染对人类有着潜在的威胁 ,
应引起充分的重视 。植物微核技术测定
的是细胞染色体损伤的程度 ,可以直接反
映污染物对生物遗传物质的影响 ,其原理
是含铬废水进入植物体后 ,可能通过切断
DNA分子 ,或干扰 DNA合成和修复未损
伤间期染色体 ,引起染色体断裂或其他畸
变 ,从而导致微核等形成 。
3.2 Cr6+诱变剂对蚕豆和韭菜根尖的诱
变效应
为了比较韭菜对 Cr6+诱变剂的微核
图 2 Cr6+诱变剂对蚕豆微核率效应的回归曲线
Fig.2 The reg ression curve betw een Cr6+ inducer and the micronucleus
ra te of Vicia faba L.
效应 ,我们同时作了蚕豆对
Cr6+诱变剂的微核效应 。试
验条件与含铬废水试验相
同。Cr6+的浓度为 1 ～ 5μg/
ml ,回归分析表明 ,蚕豆微核
率为 Cr6+浓度呈线性相关 ,
微核率(y)和 Cr6+浓度(x)
回归方程为:y =24.94 +
127.77x(r =0.996 , P <0.
01)(图 2)。
韭菜对 Cr6+诱变剂的
回归方程为:韭菜微核率
y =21.74+100.23x(r
=0.900 , P<0.01)(图 3)。
由此可见 Cr6+诱变剂
对蚕豆和韭菜根尖的微核数
应非常敏感 ,是监测 Cr6+污
染的良好植物材料。
3.3 含铬废水浓度与韭菜根尖微核率的相关性分析
以表 1的数据作出含铬废水浓度与韭菜微核率的关系图(图 4)。由图4看出:韭菜根尖
微核率开始是随废水 Cr6+浓度的增加而增加 ,但浓度到一定限度时 ,微核率又明显下降 ,临
界浓度约在 9.5 ～ 10.5mg/ l之间 ,可能是高浓度的含铬废水具有较大毒性 ,从而抑制了韭菜
细胞的分裂 ,使微核效应下降。对 Cr6+废水浓度与韭菜微核率之间呈现明显的剂量 —效应
关系的数据 ,进行回归分析 ,回归方程为:y =11.17+3.83x(y:韭菜微核率 , x:Cr6+废水浓
931 期 刘二曼等:植物微核技术在监测水质污染中的应用
度), r=0.781(P <0.05)。与用 Cr6+诱变剂处理组的相关系数 0.900相比较小 ,说明含铬废
水中 ,除了主要含 C r6+以外 ,还含有其它影响韭菜微核效应的物质 ,并且废水的 pH 值在每
次处理时不完全相同 ,又由于长时间的试验 ,修复和固定温度均有变化 ,以及其它人为的一
些因素干扰 ,这些都会导致韭菜根尖微核率的不稳定 ,但利用韭菜微核技术检验含铬废水的
毒性 ,效果明显 ,方法简单 ,是一种综合性的生物监测指标。
图 3 诱变剂对韭菜微核效应回归曲线
Fig.3 The regression curve betw een inducer and micronucleus ra te of Allium tuberosum Roxb.
图 4 含铬废水的微核效应折线示意图
Fig.4 The micronucleus effect of Chromium-bo rne waster w ater
3.4 对照组的本底数微核率的比较分析
在植物微核试验中 ,对照组的微核率本底值的大小直接影响检测结果 ,我们用蒸馏水 ,
东北林业大学的自来水和量具刃具厂的自来水 ,作对照组试验(表2)结果无论是用蚕豆或是
用韭菜作处理材料 ,蒸馏水对照组的微核率都是最小的 ,也较稳定 ,而东林和量具刃具厂的
94 植 物 研 究 18 卷
自来水处理的对照组微核率明显高于蒸馏水对照组 ,试验时应用新鲜蒸馏水作对照组 ,效果
会更好。
表 2 三种对照组本底微核率的比较
Table 2 The comparison of background micronucleus rate among three contrast group
植物材料 Plant
Materials日期
Date
水源
Water
Sources
韭 菜 All ium tuberosum Roxb.
MCN‰ x
蚕 豆 Vicia faba L.
MCN‰ x
蒸馏水
Dist illed
Water
16/ 4 8 5 10 7.7 5 4 3 4.0
25/ 4 7 12 6 8.3 10 6 6 8.0
30/ 4 5 8 7 6.7 6 6 6 6.0
6/ 5 6 7 6 6.3 7 6 5 6.0
东林自来水
Tap Water
f rom NEFU
16/ 4 14 11 14 13.0 17 14 14 15.0
25/ 4 13 18 25 18.0 11 16 11 12.7
30/ 4 9 16 26 8.5 33 19 15 26.0
6/ 5 24 22 16 20.7 22 21 19 20.0
量具刃具厂
自来水
Tap Weter
f rom
MI&CTM
16/ 4 22 25 15 20.7 22 19 11 17.0
25/ 4 23 21 25 23.0 24 22 12 19.0
30/ 4 22 24 13 19.7 20 15 23 19.0
6/ 5 19 22 17 19.3 13 25 9 16.7
3.5 修复温度对本底微核率的影响
图 5 不同修复温度下的蚕豆 , 韭菜本底微核率
比较值方图
Fig.5 The comparison of the backg round mi-
cronucleus rate between Vicia faba L.
and Allium tuberosum Roxb.under dif-
ferent condition of repairing temperature
韭菜和蚕豆根尖用蒸馏水处理后 ,在不同
的温度下修复 24h ,以便来探讨修复温度对微核
率的影响 ,经 12 ～ 14℃修复后的韭菜和蚕豆根
尖微核率在 4.0‰～ 8.0‰,当修复温度 17 ～
19℃时 ,两种材料的微核率明显增加(图 5)。
其中蚕豆的微核率使增加的幅度要比韭菜
的大些(MCN‰:23.0‰～ 29.0‰)。说明修复
温度对植物材料的本底微核率都有影响 ,同样
也会影响废水处理组的微核效应。因此 ,在利
用植物微核技术时 ,应予先筛选适宜的修复温
度等试验条件 ,如有条件 ,全部试验程序都应在
恒温实验室进行 ,能获得理想的试验效果。
3.6 以韭菜作监测植物材料 ,对铬污染引起的
敏感反应 ,能较快地监测出对生物的致突变性 。
是生物监测良好的植物材料。但是 ,韭菜种子
间个体差异较大 ,难以保持遗传稳定性 。应筛
选敏感的韭菜品个作试验材料 ,较为理想的是
应寻求利用植物无性系来建立植物根尖微核检测技术 。
951 期 刘二曼等:植物微核技术在监测水质污染中的应用
参 考 文 献
1.刘清臻等.韭菜根尖微核技术检测工业废水的初步研究.城市环境与城市生态 , 1990 , 3(3)4—8
2.胡开敏等.微核法监测环境用的植物品种的优选试验.东北林业大学学报 , 1991, 19(4):92—97
3.候家龙等.植物细胞微核和环境污染监测.生物通报 , 1987 ,(5):15—17
4.袁妙葆等.紫露草微核技术在电镀污水监测中的应用.城市生态环境与城市生态 , 1989 , 2(11):8—9
《 植 物 研 究 》 编 辑 委 员 会
名誉主编 周 以良(Chou Yiliang)
主 编 聂 绍荃 (Nie Shaoquan)
副 主 编 祖 元刚 (Zu Yuangang)
编 委
(以姓氏笔划为序)
马克平 (Ma Keping)
王文采 (Wang Wencai)
王忠笑 (Wang Zhongxiao)
石福臣 (Shi Fuchen)
李书馨 (Li Shuxin)
李锡文 (Li Xiw en)
陈心启 (Chen Xinqi)
赵奇僧 (Zhao Qiseng)
火树华 (Hou Shuhuan)
付立国 (Fu Liguo)
付德志 (Fu Dezhi)
陈守良 (Chen Shouliang)
杨昌友 (Yang Changyou)
林有润 (Lin Youren)
葛 颂 (Ge Song)
鲍弗德 (David E.Boufford)＊
＊美 (U.S.A)
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