2種燃料燃燒顆粒物致突變性及其聯(lián)合作用

2種燃料燃燒顆粒物致突變性及其聯(lián)合作用

作者：閆洪濤，劉君卓，孔祥環(huán)，劉紅，溫天佑，金曉濱，尹學鈞，潘小川

【關鍵詞】液化石油氣；煤；燃燒產物；Ames試驗；聯(lián)合作用

摘要：目的比較液化石油氣(LPG)燃燒顆粒物和蜂窩煤燃燒顆粒物的致突變性以及二者的聯(lián)合作用。方法采用Ames法，應用鼠傷寒沙門菌突變型菌株TA98及其衍生菌株YG1021和YG1024進行致突變試驗研究，并根據(jù)致突變試驗結果評價其聯(lián)合作用。結果2種顆粒物對YG菌株的致突變作用均高于對TA98的作用；LPG燃燒顆粒物比蜂窩煤燃燒顆粒物的致突變作用更強，前者約相當于后者的8倍；二者的聯(lián)合作用呈相加類型。結論煤和LPG燃燒顆粒物均具有很強的直接和間接致突變作用，主要致突變作用來源于硝基和胺基多環(huán)芳烴，2種顆粒物同時存在可加大致癌風險。

關鍵詞：液化石油氣；煤；燃燒產物；Ames試驗；聯(lián)合作用

MutagenicitybycombustionparticulatesfromLPGandcoalandtheirjointaction

Abstract：ObjectiveTocomparethemutagenicitiesbycombustionparticulatesfromliquefiedpetroleumgas(LPG)andcoal，andtoknowthemodeloftheirjointAmestestwasbacterialstrainsusedwereSalmonellatyphimuriumTA98anditstwoderivationstrainsYG1021andThemutagenicitybyLPGcombustionparticulateswasabouteighttimesashighasthatbyjointactionmodeloftwocombustionparticulateswasadditiveBothLPGandcoalcombustionparticulatescontainstrongdirectandindirect-actingmutagens，themutagenicityismainlyinducedbynitroarenesandaromaticofcombustionparticulateswillincreasetheriskofcarcinogenesis.

Keywords：liquefiedpetroleumgas(LPG)；coal；combustionproduct；Amestest；jointaction

煤和液化石油氣(LPG)是我國的主要家用燃料，其燃燒過程中產生的顆粒物是室內外空氣污染的重要成分。研究表明：燃煤顆粒物中含有大量硝基多環(huán)芳烴類物質，具有強致突變活性，并與中國宣威女性肺癌高發(fā)存在流行病學聯(lián)系〔1〕。由于LPG燃燒產生的顆粒物和SO2的數(shù)量明顯低于燃煤，被認為是清潔燃料。然而，早期的Ames試驗結果顯示，LPG燃燒顆粒物具有直接和間接的致突變活性，其中含有1-硝基芘(NP)和二硝基芘(DNPs)等致突變活性極強的硝基多環(huán)芳烴類化合物〔2，3〕，可見LPG清潔而非安全。本文采用Ames試驗方法，應用TA98及其2個對硝基和胺基、羥胺基多環(huán)芳烴敏感的衍生菌株YG1021(過表達硝基還原酶)和YG1024(過表達乙酰轉移酶)〔4，5〕進行試驗研究，旨在評價2種顆粒物致突變活性的差異以及二者致突變的聯(lián)合作用。

1材料與方法

11燃料來源蜂窩煤和LPG均取自北京市居民的家用燃料。

12樣品采集及提取樣品采集在燃燒實驗室內進行(約為60m3)，打掃清潔并封閉嚴密，將爐具置于室中央，點燃燃料一定時間后，用Anderson大流量分級采樣器(美國Anderson公司)采集PM10顆粒物。濾膜用49號玻璃纖維膜。將已采集的濾膜置于索氏提取器中，在56℃水浴中用丙酮提取24h，在蒸餾瓶中濃縮，氮氣吹干，所得殘渣稱重后用二甲基亞砜(DMSO)溶解，置-30℃冰箱中保存?zhèn)溆谩?/p>

13實驗方法

131受試菌株及活化系統(tǒng)鼠傷寒沙門菌突變型菌株TA98和代謝活化系統(tǒng)(S9)(衛(wèi)生部藥品生物制品檢定所毒理室)。YG1021和YG1024(日本國立衛(wèi)生研究所遺傳與誘變部DrNohmiT贈送)。實驗前對3菌株進行5項主要生物學性狀鑒定均合格。

132操作方法采用平板摻入法。實驗劑量組由250μg/皿起始，以半量遞減。同時設自發(fā)回變組(DMSO對照組)和陽性對照組，直接致突變試驗的陽性對照物為4-硝基喹啉(4-NQO)，05μg/皿。間接致突變試驗的陽性對照物為二氨基蒽(2AA)，1μg/皿，2種陽性對照物(美國Sigma公司)。每個實驗劑量組每次試驗均作3個平行樣，并重復試驗1次。2次獨立的實驗結果相近，每個劑量組的6個平行樣有較好的平行關系。當實驗組回變菌落數(shù)大于自發(fā)回變數(shù)的2倍時，判定為致突變作用陽性。即該劑量為受試物致突變作用的閾劑量。

133聯(lián)合作用的實驗設計和評價方法根據(jù)Ames試驗的特點，設計了這種聯(lián)合作用的實驗方案和評價方法，即在實驗采用半量遞減(或遞增)的劑量設計前提下，將2個閾下劑量受試物相加進行實驗，觀察實驗效應，如結果仍為陰性，則判為單獨作用類型；如結果為陽性，當結果與閾劑量的結果相近時，判為相加作用；當結果大于閾劑量的高一級劑量的結果時，判為相乘作用。將2個閾劑量的受試物相加進行實驗，如出現(xiàn)陰性結果時，則判為拮抗作用。

2結果

21蜂窩煤燃燒顆粒物致突變實驗(表1)由表1看出，蜂窩煤燃燒顆粒物的丙酮提取物對3個菌株都具有直接(-S9)和間接致突變作用(+S9)，并且均呈明顯的劑量-反應關系。實驗的閾劑量YG1021最低，YG1024次之，TA98最高。表明顆粒物中硝基多環(huán)芳烴的致突變活性最強，胺基、羥胺基多環(huán)芳烴的致突變活性次之，其他種類的致變物只占致突變活性較小的比重。表1蜂窩煤燃燒顆粒物Ames試驗結果注：*致突變作用陽性；**陽性對照，-S時采用4-NQO，05μg/皿；+S時采用2AA，lμg/皿

22LPG燃燒顆粒物的致突變實驗(表2)由表2看出，LPG燃燒顆粒物的丙酮提取物對于這3個菌株都具有直接致突變作用(-S9)和間接致突變作用(+S9)。且呈劑量-反應關系。其中，對YG1021的直接致突變作用最強，其次是對YG1021的間接致突變作用以及YG1024的直接和間接致突變作用。而對TA98的直接和間接致突變作用相對較弱。表明LPG燃燒顆粒物中硝基多環(huán)芳烴是主要致突變物。表2LPG燃燒顆粒物Ames試驗結果注：*致變作用陽性；**陽性對照，-S時采用4-NQO，05μg/皿；+S時采用2AA，lμg/皿

232種顆粒物致突變活性比較(表3)比較致突變活性的強弱可以用閾劑量作為衡量指標，閾劑量越低，表明致突變活性越強。比較蜂窩煤和LPG燃燒顆粒物致突變活性的閾劑量，除YG1021在+S時，LPG的致突變活性的閾劑量是蜂窩煤的4倍以外，其他均為8倍。故可認為，LPG對3個菌株的直接和間接致突變活性的閾劑量都大致相當于蜂窩煤的8倍。表32種燃料燃燒顆粒物致突變閾劑量比較表42種燃料燃燒顆粒物致突變聯(lián)合作用注：*致突變作用陽性

242種燃料燃燒顆粒物致突變聯(lián)合作用(表4)

由表4看出，將蜂窩煤和LPG各自的閾下劑量分別單獨進行Ames試驗時，3個菌株的-S9和+S9的結果均為陰性。但是，將2種燃料燃燒顆粒物的閾下劑量合并進行Ames試驗時，對3個菌株的-S9和+S9均出現(xiàn)了陽性結果，其回變菌落數(shù)均接近二者的單獨試驗時閾劑量的結果。由于實驗劑量分組均是半量遞減，也即2個閾下劑量相當于1個閾劑量。因此，當2種顆粒物各自的閾下劑量合并所產生的結果相當于1個閾劑量的結果時，則該聯(lián)合作用應是相加作用。

3討論

本研究顯示，蜂窩煤和LPG燃燒顆粒物對YG菌株的致突變活性均高于TA98，表明2種燃料顆粒物中均含有致突變活性更強的硝基、胺基、羥胺基多環(huán)芳烴，且在致突變活性中起主要作用〔6，7〕。比較2種燃燒顆粒物的閾劑量，LPG燃燒顆粒物大約相當于煤的8倍。根據(jù)彭瑞玲等人〔8〕的報道，按照普通家庭的燃料使用量估計，蜂窩煤每天燃燒產生的PM10約為4476mg/d，LPG約為276mg/d，前者是后者的16倍。結合本實驗結果可以算出，LPG燃燒2d所產生的致突變物就

相當于蜂窩煤燃燒ld的量。可見，LPG燃燒產物的致突變性是不可忽視的。聯(lián)合作用是復雜的生物學效應，關于Ames試驗的聯(lián)合作用，目前還沒有標準的評價方法。本研究根據(jù)Ames試驗的特點，設計了這種新的聯(lián)合作用的實驗方案和評價方法(見實驗方法部分)。經(jīng)本研究證實該方法適用于Ames試驗聯(lián)合作用的評價，其優(yōu)點是：無需另設判斷標準，沒有煩瑣的數(shù)學計算，應用十分方便。缺點是僅限于按半量遞減(或遞加)劑量設計的實驗。應用該設計方法，本研究得出2種燃料燃燒顆粒物的聯(lián)合作用呈相加作用類型的結論。一般認為，當化學物質的結構相近、性質相似、靶器官相同或毒作用機制相同時，其生物學效應往往呈相加作用〔9〕。本研究單獨作用的實驗結果顯示，2種顆粒物中均含有硝基、胺基、羥胺基多環(huán)芳烴類致突變物，且在致突變作用中均占重要地位，這些化學物有相近的化學結構和代謝方式及DNA損傷機制〔10〕。因此，應該支持相加作用的結論。

參考文獻

〔1〕GranvilleCA，HanleyNM，MumfordJL，etspectraofsmokycoalcombustionemissionsinSalmonellareflecttheTP53andKRASmutationsinlungtumorsfromsmokycoal-exposedindividuals［J］.MutatRes，2003,525(1-2)：77-83.

〔2〕TokiwaH，NakagawaR，Horikawa/carcinogenicagentsinindoorpollutants；thedinitropyrencesgeneratedbykeroseneheatersandfuelgasandliquefiedpetroleumgasburners［J］.MutatRes，1985，157(1)：39-47.

〔3〕尹學鈞，李永順，劉君卓，等.北京市家用液化石油氣燃燒顆粒物致突變活性研究［J］.環(huán)境與健康雜志，1990,7(2)：49-53.

〔4〕WatanabeM，IshidateMJr,Nohmisensitivemethodforthedetectionofmutagenicnitroarenes：constructionofnitroreductase-overproducingderivativesofSalmonellatyphimuriumstrainsTA98andTA100［J］.MutatRes，1989,216(4)：211-220.

〔5〕WatanabeM，IshidateMJr,Nohmimethodforthedetectionofmutagenicnitroarenesandaromaticamines：newderivativesofSalmonellatyphimuriumtesterstrainspossessingelevatedO-acetyltransferaselevels［J］.MutatRes,1990，234(5)：337-348.

〔6〕TagaRTangN，HattoriT，etmutagenicityofextractsofcoalburning-derivedparticulatesandcontributionofnitropolycyclicaromatichydrocarbons［J］.MutatRes，2005,581(1-2)：91-95.

〔7〕WatanabeT，HaseiT,TakahashiT,etofanovelmutagen，3,6-dinitrobenzo〔e〕pyrene，asamajorcontaminantinsurfacesoilinOsakaandAichiPrefectures，Japan［J］.ChemResToxicol，2005,18(2)：283-289.

〔8〕彭瑞玲，