钴铯锶3种核素对大肠杆菌的毒性研究 -《江苏农业科学》(2019年6期).docx

龙源版权所有 钴铯锶3种核素对大肠杆菌的毒性研究 作者：黄志 颜未 蒯琳萍来源：《江苏农业科学》2019年第06期 摘要：為了研究核电站建设运营、矿源开采等行为对周边环境的影响，以大肠杆菌为对象，通过绘制生长曲线以及MTT（噻唑蓝）法定量测量钴（Co）、铯（Cs）、锶（Sr）3种核素对大肠杆菌的毒性作用，得到了钴、铯、锶3种核素与大肠杆菌的剂量-抑菌率关系，同时通过测定细胞壁通透性以及胞内活性氧含量，发现这3种离子对大肠杆菌的抑菌作用与细胞壁通透性以及胞内活性氧的积累可能存在正相关关系。结果表明，Co2+、Sr2+、Cs+对大肠杆菌的半致死浓度分别为3.38、251、1 600 mg/L，其金属毒性由强到弱顺序为Co2+>Sr2+>Cs+，并且Sr2+对大肠杆菌生长具有双向性影响，低浓度（<10 mg/L）时表现为促进生长作用，而浓度增高则表现为抑制作用。Co2+的抑菌作用与大肠杆菌细胞壁通透性增大有关，而Sr2+、Cs+的抑菌作用通过金属离子诱导细胞体内活性氧含量增大，从而抑制细菌生长。从宏观层面反应了3种核素的金属毒性，并从微观层面进行了机理的探讨，为后续研究钴、铯、锶等核素对生物体的致毒效应以及环境中核素的生物监测方法提供参考依据。 关键词：Co;Sr;Cs;金属毒性;大肠杆菌;活性氧含量;细胞壁通透性 随着核技术在军事、工农业、科研等领域的广泛应用，由泄漏物质造成的放射性污染以及钴、铯、锶等金属产生的金属毒性对周边水域的影响也引起了广泛的关注[1]。我国核工业高速发展使得核电站的建设已经成为我国能源战略中的一项重要议事，而内陆核电站的建设更是面临着更严格的安全考量。由于内陆核电站受纳水体容积小，一旦发生泄漏，将对周围居民的生活带来巨大的影响，因此为保证环境污染水平监测的可靠性，内陆核电站需要更多的科学评价标准[2]。同时由于磷酸盐矿、煤矿、铁矿等矿源经常伴随着天然核素的存在，这些矿源的开采利用也将会对环境带来污染[3]。核素通过扩散迁移流入到生态环境中，最终会对人类健康产生各种影响[4-5]，因此需要采取有效的手段进行污染检测。生物监测可作为一项重要的手段，能够更加客观地评价内陆核电站在正常运行、事故工况以及退役过程中释放的核素对环境产生的影响[6]。同时，随着核能源的大力发展，核废料的处理量也在逐年增长，而原料的开采以及废料的处理，均不可避免地会对周围环境造成一定的影响，尤其是像钴、铯、锶等核素，如何评价这些核素对环境的影响也成了当务之急。 作为自然界中数量最多、生物量最大、对生命元素循环具有最大影响的种群，在水体环境监测上，微生物具有得天独厚的优势[7]。低等微生物对环境中包括核素在内的金属污染物、有机化合物等污染会表现得更加敏感，它们能够最快地感受到生态系统中环境质量的变化，并通过相关机制做出反应。因此，微生物被认为是最有潜力的指示生物[8]。大肠杆菌是重要的微生物研究材料，也是重要的环境污染指示菌，以大肠杆菌为研究对象，能够更普遍地反应核素泄漏对环境的影响，也能够通过跟踪污染区域的大肠杆菌生长情况来评估该区域的污染程度。 MTT（噻唑蓝）比色法一般用于细胞活性检测，利用双波长法可以有效地去除包括死菌体、培养基在内的干扰物对试验的影响[9]。传统的平板计数工作量大，耗时长，与之相比，MTT法工作量小，操作快捷并且重复性高，已经广泛应用于细胞毒性试验。近年来MTT法也越来越多地应用于活菌数的测量，本试验利用MTT法测量大肠杆菌的存活率，数据可靠且重复性高。 目前，在农药等污染领域中，将微生物作为污染指示生物的相关研究已经取得了令人瞩目的成就[10]。然而，在核素污染领域，选用微生物进行生物监测的研究鲜有报道。本试验通过研究Co、Sr、Cs 3种核素外源添加对大肠杆菌生长速率的影响，定性反映核素对大肠杆菌的抑制作用，再利用MTT法定量检测3种核素对大肠杆菌的半致死浓度，最后从细胞壁通透性变化以及氧化损伤2个方面研究钴、铯、锶3种金属离子的致毒机理，为核电站泄漏污染物的生物监测提供相关参考依据。 1 材料与方法 1.1 菌种 大肠杆菌（Escherichia coil-DH5α）：2017年6月购置于上海交通大学农业与生物学院，并于农业生物学院资源环境实验室完成本试验。 1.2 仪器 紫外分光光度计、实验室高压蒸汽灭菌锅、恒温培养箱、振荡涡旋器、水浴摇床、酶标仪、冷冻离心机、移液枪和超净工作台。 1.3 试剂 金属离子均为氯化物：氯化钴、氯化锶、氯化铯。相关研究表明，不同阴离子对金属离子的毒性有不同影响，在研究较为广泛的Cl-、NO3-、OAc-这3种阴离子中，氯离子对金属离子毒性影响较小[11]。其他试剂：MTT（噻唑蓝）、二甲亚砜（DMSO）、磷酸盐缓冲溶液（PBS）、氯化钠、活性氧R