遗传毒性

SOS显色试验快速检测饮用水中有机物的生物遗传毒性

[ 作者：唐非，谷康定，刘红艳，王家玲 ]

　　摘　要：应用SOS显色试验和Ames试验两种短期生物学试验，分别对武汉东湖水源水及其不同处理工艺出水中非挥发性有机物的致遗传毒性和致突变性进行了检测与比较。结果表明，东湖水源水为阴性结果，几种水处理工艺出水为阳性结果；SOS显色试验对各水样的检测结果与Ames试验基本一致；与Ames试验相比，SOS显色试验还具有快速、简便、灵敏、准确等特点。
　　关键词：饮用水；SOS显色试验；Ames试验
　　中图分类号：X502
　　献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(1999)11-0020-04

SOS Chromogenic Test for Rapid Detection of Biological Genetic Toxicity of
Nonvolatile Organic Compounds in Drinking Water
TANG Fei，GU Kangding，LIU Hongyan，WANG Jialing
(Institute of Environ. Medicine, Tongji Medicine Univ., Wuhan 430030,China)

　　Abstract: Using two short term biological tests- SOS chromogenic test and Ames test, the genetic toxicity and/or mutagenicity of nonvolatile organic compounds in source water and the drinking water treated with different processes, were detected and compared separately. The results showed that the source water of Donghu Lake was nonmutagenicity and the drinking water was genetic toxicity and/or mutagenicity in both tests. The results of SOS chromogenic test were similar to these of the Ames test. Compared with Ames test, SOS chromogenic test was quicker, simpler, more sensitive and accurate in measurement.
　　Keywords:drinking water;SOS chromogenic test;Ames test

在检测化学遗传毒性物质的生物学实验中，Ames致突变试验是目前广泛使用的一种测试方法。近年来一些新的检测方法不断出现，法国巴斯德研究所Quillardet等报道的SOS显色试验(SOS chromotest)即是其中的一种。此方法通过直接监测细胞DNA受损后的SOS修复反应来检测化合物或污染物的生物遗传毒性，因而作为检测潜在致癌物质的方法，有极高的特异性和较高的重现性及准确性。1982年以来，Quillardet等对百余种各类已知“致癌、致突变、致畸变”物质的对比试验都证实了这一点.

　　本研究应用SOS显色试验，检测了武汉东湖水源水及分别经三种处理工艺出水中非挥发性有机物的致遗传毒性作用。同时，与Ames试验的检测结果进行比较，以探讨该试验在快速检测水中混合有机污染物致遗传毒性和/或致突变性的应用前景。

1 材料与方法

1.1 试验材料与仪器
　　大肠杆菌PQ37(法国巴斯德研究所赠予)；鼠伤寒沙门氏菌组氨酸营养缺陷型菌株TA98(美国Ames实验室赠予)；H103大孔树脂(南开大学提供)；722型分光光度计(上海第三分析仪器厂)。
1.2 试验方法
1.2.1 水处理工艺
　　B工艺：水源水→生物预处理→混凝沉淀→砂滤→氯化→饮水，即生物膜预处理(Biofilm pretreatment)工艺。
　　R工艺：水源水→预氯化→混凝沉淀→砂滤→后氯化→饮水，即常规(Routine treatment) 工艺。
　　N工艺：水源水→混凝沉淀→砂滤→氯化→饮水，即取消预氯化(Non-prechlorination)工艺。
　　试验采用的生物膜接触氧化池由中国市政工程中南设计研究院主持建设^［1］。
1.2.2 水中非挥发性有机物的浓集
　　参照王家玲等的报道^［2］进行。所获水样有机物干品用二甲基亚砜(DMSO)溶解，并按水样体积(L)稀释成不同测试剂量。
1.2.3 SOS显色试验
　　主要参照Quillardet等报道的方法^［3］进行。本试验系一种特异性的“β-半乳糖苷酶诱导试验”，一旦测试菌株DNA受损伤，即可使其产生SOS反应，组成该反应系统的RecA蛋白即转化为RecA蛋白水解酶。此酶可分解阻遏蛋白，使受阻遏的sfiA基因去阻遏，并启动lacZ基因翻译、转录、表达，其表达产物即为半乳糖苷酶。此酶可分解邻硝基苯β-D-半乳糖苷(ONPG)，产生黄色可溶性物质，根据其颜色的深浅对被诱导酶的数量进行定量测定，从而判断DNA是否受损伤及受损伤的程度。
　　将大肠杆菌PQ37接种于LB培养液震荡培养过夜，取0.6 mL菌液(OD₆₀₀约为0.2)加不同测试剂量的水样有机物DMSO溶液0.02 mL，37 ℃震荡培养3 h，加入B缓冲液和ONPG溶液，显色50 min，加入Na₂CO₃溶液终止反应，用分光光度计测定波长为420 nm处的吸光度(OD₄₂₀)。诱导酶含量根据OD₆₀₀(试验用培养液中细菌含量)、OD₄₂₀(酶与ONPG反应产物的含量)、OD₅₅₀(试验溶液中颗粒物含量，通常接近零值)按下式计算：

　　　　　　IU=1 000×(OD₄₂₀-1.75×OD₅₅₀)/(t×V×OD₆₀₀) 　　　　　　　 (1)
　　式中IU——酶诱导单位
　　　　　 t——反应时间，min
　　　　　 V——细菌培养液体积，mL

　　结果以诱导率R值(待测样品IU值与溶剂对照IU值之比)表示。如样品R＞2.0且具剂量反应关系，则为阳性结果；如R介于1.0与2.0，为可疑；如R≤1.0，为阴性结果。
1.2.4 Ames致突变试验
　　参照Ames等1983年修订方法^［4］。由于东湖饮用水中主要存在移码型直接致突变物，本研究主要选用TA98菌株，加不同测试剂量的水样有机物DMSO溶液0.1 mL，在不加体外代谢活化系统(S9)的条件下进行。试验结果以突变率MR(诱发回变菌落数与自发回变菌落数之比)表示，MR≥2且呈剂量反应关系者为Ames试验阳性。
1.2.5 统计学方法
　　用SAS软件包进行统计处理，显著性检验水准均取a=0.05。

2 结果与讨论

2.1 不同工艺出水的显色试验和Ames试验结果
　　东湖水源水，B、N和R工艺出水中的非挥发性有机物SOS显色试验和Ames试验检测结果分别见表1～4。结果表明，四批共10个水样在所设测试剂量范围内，两种检测方法均获类似结果，即东湖水源水为可疑，各工艺处理水样皆为阳性结果。由于采样时间不同，各水样中有机物的致遗传毒性和/或致突变性亦不尽相同，但其同期比活性强度顺序由强至弱依次为R工艺＞N工艺＞B工艺＞源水。
2.2 两种短期生物学试验结果比较
　　从表1～4可发现，虽然SOS显色试验与Ames试验的测试菌株及测试的遗传终点不同，但对各水样中有机物致遗传毒性和/或致突变性的检测结果趋势基本一致，此结果类似于国内有关文献的报道［5］。在本研究中，由于SOS显色试验所用的测试样品量仅为Ames试验的五分之一，因此其测试灵敏度可能还要高于Ames试验。此外，SOS显色试验还具有以下优点：①检测时间短，整个测定只需8 h；②操作步骤简便，样品用量少；③试验结果易观测与判断。需要注意是，由于水中非挥发性有机提取物多为有色物，所以要考虑排除其对试验结果的干扰［6］。鉴于SOS显色试验在环境致遗传毒性物质的检测试验中具有明显的实用性，国内外应用SOS显色试验对各类环境样品的检测，如香烟烟气、汽车尾气、工业废水、饮用水等已有不少的报道［7］。因此，在检测水中有机物遗传毒理学短期生物学初筛试验中，SOS显色试验的顺序应排在Ames试验之前较为合适，若为阳性结果，则Ames试验可以省去；若为阴性结果，则应再用Ames试验进行测试。这样通过两种试验方法的结合使用、测试结果的相互补充，可以提高水样的检测效率及检测结果的准确率。

表1 东湖水源水SOS显色试验与Ames试验检测结果
样品号	剂量（L/mLDMSO)	SOS显色试验（PQ37，S9）		Ames试验（TA98，S9）
样品号	剂量（L/mLDMSO)	IU值	R	X±SD	MR
920401	0* 10 20 50 100	35.0 48.3 53.3 56.6 55.0	1.00 1.38 1.52 1.62 1.57	27.2±4.9 32.3±8.9 30.3±8.5 40.0±4.8 41.8±6.7	1.00 1.19 1.11 1.47 1.53
920414	0 10 20 50 100	45.0 56.6 60.0 71.6 90.0	1.00 1.26 1.33 1.59 2.00	31.8±5.8 39.4±6.3 44.2±7.2 64.8±5.4	1.00 1.24 1.11 1.39 2.00
注 * “0剂量”为溶剂对照，下同

表2 东湖水B工艺处理后SOS显色试验与Ames试验检测结果

样品号剂量（L/mLDMSO) SOS显色试验（PQ37，S9） Ames试验（TA98，S9）

IU值 R X±SD MR

920304 0
10
20
50
100 15.0
28.8
36.6
40.6
46.6 1.00
1.88
2.44
2.66
3.11 16.0±2.6
27.8±5.7
35.8±7.5
58.8±19.5
84.3±7.6 1.00
1.74
2.23
3.67
5.27

920312 0
10
20
50
100 40.0
46.6
63.3
66.6
70.0 1.00
1.16
1.58
1.66
1.75 34.8±8.2
34.8±5.2
42.8±1.0
49.8±5.4
70.3±12.5 1.00
1.00
1.23
1.43
2.02

920401 0
10
20
50
100 35.0
43.3
56.6
83.3
106.6 1.00
1.24
1.62
2.38
3.04 27.2±4.9
46.0±4.8
56.8±6.7
81.8±10.5
99.8±15.3 1.00
1.69
2.09
3.01
3.67

920414 0
10
20
50
100 45.0
60.0
78.3
90.0
115.0 1.00
1.33
1.74
2.00
2.56 31.8±5.8
63.0±2.6
97.3±9.3
114.3±7.6
170.3±9.5 1.00
1.98
3.06
3.60
5.36

表3 东湖水N工艺处理后SOS显色试验与Ames试验检测结果

样品号剂量（L/mLDMSO) SOS显色试验（PQ37，S9） Ames试验（TA98，S9）

IU值 R X±SD MR

920304 0
10
20
50
100 15.0
20.0
23.3
33.3
36.6 1.00
1.33
1.56
2.22
2.44 16.0±2.6
22.5±8.2
27.5±4.4
27.0±6.6
39.3±2.5 1.00
1.41
1.72
1.69
2.46

920401 0
10
20
50
100 35.0
38.3
58.3
81.6
126.6 1.00
1.10
1.66
2.33
3.62 27.2±4.9
50.7±8.3
74.5±8.6
106.0±4.6
120.0±14.7 1.00
1.86
2.74
3.90
4.41

920414 0
10
20
50
100 45.0
60.0
81.6
95.0
121.6 1.00
1.33
1.81
2.11
2.70 31.8±5.8
72.7±4.7
127.3±7.6
237.7±9.0 1.00
2.29
4.00
5.51
7.41

表4 东湖水R工艺处理后SOS显色试验与Ames试验检测结果

样品号剂量（L/mLDMSO) SOS显色试验（PQ37，S9） Ames试验（TA98，S9）

IU值 R X±SD MR

920312 0
10
20
50
100 40.0
40.0
63.3
83.3
93.3 1.00
1.00
1.58
2.08
2.33 34.8±8.2
30.3±8.3
40.3±7.4
56.3±9.3
81.3±8.5 1.00
1.13
1.16
1.62
2.33

参考文献：

　　［1］李家就等.富营养化湖泊水源水生物预处理研究［J］.中国给水排水，1992，8(6)：4-7.
　　［2］王家玲等.应用国产大孔树脂吸附水中有机质的研究［J］.环境科学与技术，1983，(3)：1-3.
　　［3］Quillardet P et al. The SOS chromotest, a colorimetric bacterial assay for genotoxins: procedures［J］.Mutation Res,1985,147:65-78.
　　［4］Maron D M et al.Revised methods for the Salmonella mutagenicity test［J］. Mutation Res., 1983,113:173-215.
　　［5］朱惠刚.水中有机致突变物综合评价指标探讨［J］.上海环境科学，1995,14(10)：44-49.
　　［6］董妙珠等.有色物质的SOS显色试验［J］.中国公共卫生学报，1993,12(2)：127.
　　［7］Reifferscheid Get al. A microplate version of the SOS/umu-test for rapid detection of genotoxins and genotoxic potentials of environmental samples［J］. Mutation Res,1991，253:215-222.