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饮用水处理过程遗传毒性评价方法研究与应用

文献类型:学位论文

作者刘楠楠
学位类别博士
答辩日期2013-11
授予单位中国科学院研究生院
授予地点北京
导师马梅,王子健
关键词饮用水处理过程 遗传毒性效应 水源水 鱼外周血红细胞微核试验 drinking water treatments genotoxic effect source water piscine peripheral micronucleus test
其他题名Development and application of evaluation methods for genotoxicity assessment in drinking water treatments
学位专业环境工程
中文摘要      水源水污染日益严重,饮用水深度处理工艺应用越来越广泛,但臭氧氧化等替代消毒工艺过程中可能会产生新型污染物,特别是具有遗传毒性的污染物越来越引起关注。遗传毒性效应涉及多通路、多层次,作用方式具有复杂性和复合性,而目前饮用水遗传毒性评价指标单一,不能全面分析毒性潜力,并且可能存在假阴性结果。对饮用水处理过程开展多终点遗传毒性评估,研究饮用水存在潜在的安全风险十分重要。
      本文针对饮用水遗传毒性效应检测,优化了表征染色体/纺锤体损伤的基于流式细胞仪体外微核自动化测试和建立了活体暴露稀有鮈鲫外周血红细胞微核检测技术,同时对表征 DNA损伤/修复的  SOS/umu实验进行优化。利用所建立的方法对我国北方、南方和中原地区 4个城市中  5个水源地和  9个饮用水厂处理过程及部分管网水在  DNA水平和染色体水平的遗传毒性特征进行分析,结合损伤作用类型分析遗传毒性效应的成因,主要结论如下:
      将所优化的基于流式细胞仪体外微核自动化测试技术应用于饮用水中典型遗传毒物单一化学品检测,对中国仓鼠卵巢细胞(CHO k1)的染色体损伤效应评价发现碘乙酸 >溴乙酸>三溴乙酸>>二氯乙酸;对于    SOS/umu实验表征的DNA损伤/修复效应证实存在同样规律。将所建立的中国特有实验生物稀有鮈鲫外周血红细胞微核试验,同青鳉等其他模式鱼类对比,发现稀有鮈鲫对饮用水中遗传毒性物质具有更高敏感度,且适用于饮用水染色体损伤评价,为后续在线生物监测饮用水处理过程遗传毒性效应提供技术支撑。
      对  5个典型水源地进行遗传毒性效应研究发现,五种水源水直接和间接DNA损伤/修复效应的      TEQ4-NQO和    TEQB[a]P范围分别是     0.02-0.18μg/L和0.10-0.46μg/L;水源水中非整倍体毒剂和染色体断裂剂共同造成染色体损伤,不同水源地两类物质的贡献存在差异。全二维气相色谱飞行时间质谱分析 3个水源地发现  DNA水平和染色体水平遗传毒性效应均最强的样点污染物种类和遗传毒性物质明显高于其他样点。
      对 4个城市  9个饮用水厂处理过程遗传毒性特征研究发现,饮用水消毒工艺出水不同遗传毒性终点结果差异明显;氯化消毒出水 DNA损伤/修复效应显著,而臭氧氧化出水可能会增强染色体损伤效应,其主要贡献物质为染色体断裂剂;管网水随传输距离的不同遗传毒性效应存在差异。综上表明饮用水遗传毒性评价需要多终点、多层次检测体系。
英文摘要      Due to serious aquatic environmental  pollution in source water, new techniques in  reinforced  and   advanced  treatments  are  developed.  However,   it  is  still  lack sufficient evidence  in evaluation  of genotoxicity  in drinking  water when  emerging pollutants  formed  in alternative  disinfectantion,  e.g.  ozonation.  Genotoxic  effects refer to  multiple  pathways and  levels, and  their modes  of  action are  complex and combined.  Recent applied  index in  genotoxicity  evaluation of  drinking  water was single  or   limited,  which   may  lack   the  ability   to  comprehensive   evaluate  the genotoxic potential  and lead  to false-negative  responses. It is  important to  develop multi-endpoints  evaluation methods  for genotoxicity  assessment  in drinking  water treatments.
      This paper optimized  in vitro micronucleus assay in  mammalian cells based on flow cytometric  scoring, and  established in  vivo micronucleus  assay for  peripheral erythrocytes in  Chinese Rare Minnow  (Gobiocypris rarus). And  SOS/umu test was optimized. The genotoxicity  of five source waters  and nine drinking  water plants in China was evaluated,  which were both in  DNA and chromosomal levels. Analyzing the cause  of genotoxicity in  combination with modes  of action in  the generation  of genotoxicity, we got the following conclusions:
      The in  vitro automated  scoring  micronucleus assay  was applied  in evaluating the  genotoxicity of  typical  haloacetic  acids  in drinking  water.  The  rank  order  of chromosomal  damage  in  Chinese  hamster  ovary  cells  (CHO k1)  was  iodoacetic acid>  bromoacetic acid>  tribromoacetic  acid>>dichloroacetic acid.  And  the result was  further confirmed  by  the  optimized SOS/umu  test.  In  addition,  Chinese rare minnow  seems to  be  more sensitive  than  other fishes,  such  as Japanese  Medaka,when it’s applied in evaluating the chromosomal  damage potential of drinking water. The  present  study  supports   the  suitability  of  piscine   micronucleus  assay  using Chinese rare minnow for on-line monitoring the genotoxic effect in drinking water.
      The results of genotoxicity in  5 typical source waters showed that  the values of TEQ4-NQO and TEQB[a]P were 0.02-0.18μg/L and  0.10-0.46μg/L, which presented the direct   and   indirect   DNA   damage/repair   effects,   respectively.   Aneugens   and clastogens   existed  in   source   water,   causing  chromosomal   damage,   and   their contribution  varied in  differen samples.  For  source water  sample with  the  highest genotoxicity at  both DNA  and chromosomal levels,  GC×GC-TOFMS analysis  was used  and showed  highest number  of  pollutants and  genotoxic  substances than  the other two samples.
      Genotoxicity assessment  of nine  drinking water treatment  plants in  four cities found that  different endpoints  in effluents  of disinfection  process showed  different results. DNA damage/repair  effect was  significantly high  in chlorination,  while the chromosomal   damage  may   increase  in   ozonation   process,  which   was  mostly contributed  by  clastogens.  The  genotoxic  effect  may   change  in  the  distribution system  along  with   distance.  All  the   results  suggested  that  the   combination  of multi-endpoints test was needed in the genotoxicity evaluation of drinking water.
公开日期2015-07-08
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/15722]  
专题生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
刘楠楠. 饮用水处理过程遗传毒性评价方法研究与应用[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013.

入库方式: OAI收割

来源:生态环境研究中心

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