大气颗粒物是空气污染中较为普遍且危害较大的污染物之一^[1]，也是影响我国环境空气质量的首要污染物^[2]。煤炭是我国的主要能源，煤在燃烧过程中产生许多有害气体和颗粒物质，当净化设备不能完全除去这些污染物时，他们进入空气中随呼吸进入人体，有些甚至深入肺泡进入血液循环，导致人群的肺癌死亡率增加，生殖功能也受到有害影响^[3]。本课题评价污染物的致突变活性。

在中国的许多空气污染地区，有关大气污染物致突变活性的资料很少。调查城市空气颗粒物中有机物的致突变活性，可为今后环境空气致癌预防提供基础数据。本调查以我国华北地区重要的基础工业基地和全球轻稀土产业中心包头市为研究对象，利用Ames沙门菌回复突变试验对包头市采暖期空气中可吸入颗粒物(PM₁₀)中有机提取物进行致突变性研究，对包头市空气中可吸入颗粒物的遗传毒性做初步评价。包头市属于北方寒冷地区，每年采暖期有6个月之久，且煤炭为主要供热源。

1 材料与方法 1.1 材料

1.1.1 仪器

KB-1000型大流量采样器(青岛金仕达电子科技有限公司)、HPX-9082 MBE数显电热培养箱(上海博讯实业有限公司医疗设备厂)

1.1.2 试剂 1.1.2.1 洗脱剂

二氯甲烷，分析纯。

1.1.2.2 Ames实验菌株

鼠伤寒沙门菌株TA98、TA100，由内蒙古疾病预防控制中心毒理研究所提供，试验前经四步法测试菌株遗传性状鉴定合格。

1.1.2.3 Ames实验试剂

二甲基亚砜(DMSO，分析纯，天津市北辰方正试剂厂)、叠氮钠(SA)、2-乙酰氨基芴(2-AF)、2，4，7-三硝基芴铜(2, 4, 7-AF)、S9混合液。

1.2 方法

1.2.1 样品的采集

采样时间：2013年11月—2014年1月，每日8：00—次日8：00，共计24 h。采样地点按不同的城市功能分区共设4个，工业区为包西机务段水阻台楼顶，毗邻包头钢铁集团公司、东方希望铝业和神华煤化工工业园区；商业交通枢纽区为王府井商厦楼顶，位于钢铁大街繁华地带，周边商场较多，为包头市商业交通中心；生活区为青山区居然苑小区5楼楼顶，位于少先路东侧，周围环境安静整洁；郊区为包头医学院一号实验楼楼顶。采样流量：0.95 m³/min；采样滤膜：玻璃纤维滤膜，滤膜在采样前需在马弗炉中600℃下灼烧2 h，然后在恒温恒湿(温度20℃，相对湿度34%)的环境中平衡24 h以上，称重，编号。采样后，放入相同恒温恒湿的环境中平衡24 h以上，再次称重，计算收集的大气颗粒物重量。密封保存，置于4℃冰箱中避光、冷冻保存至样品处理。采样高度均为15 m。

1.2.2 样品的处理与配制

将各功能区增重约100 mg的滤膜剪成小块，置于小烧杯中，用二氯甲烷作提取剂，按每增重100 mg加二氯甲烷100 mL，于超声振荡器中振荡数次，每次40 min，6层纱布过滤提取液，通风橱内干燥处理，得到有机提取物。然后用二甲基亚砜(DMSO)将各功能区提取的有机物配成4个剂量：10 000、5 000、2 500和1 250 μg/mL的贮备液，-20℃，避光保存。

1.2.3 Ames试验

根据《鼠伤寒沙门菌/哺乳动物微粒体海试验》(GB 151934-2003)^[4]进行加或不加S9混合液平板掺入法试验^[5]，同时设阳性和阴性对照。阳性对照物加S9选用2-乙酰氨基芴，不加S9选用叠氮钠(TA100菌株)和2，4，7-三硝基芴铜(TA98菌株)。阴性对照物用DMSO。每个浓度接种3个平皿。致突变性程度的评价按标准依据^[6]判断，计数每皿回变菌落数, 求均数，计算MR值(受试物诱发回变菌落数/阴性对照回变菌落数)。以MR值大于或等于2且有剂量—反应关系者为阳性。

1.2.4 数据处理及统计分析

采用SPSS 17.0统计软件对数据进行统计处理。结果用x±s表示。相同剂量组4个功能区的菌株回变菌落数比较采用方差分析(方差不齐用秩和检验)。

1.2.5 质量控制

本实验过程中，严格要求各采样点的采样仪器每天在同一时间开始进行采样，采集样品的同时采集平行样及空白样，要求每个采样日至少采集一组现场空白样，空白样的采集可在几个采样点随机进行。

2 结果 2.1 Ames试验结果

四个功能区有机提取物的致突变性(Ames试验)结果见表 1。按Ames试验结果判断标准，机务段、王府井、居然苑3个点样品除最低剂量组外，其余各剂量组回变菌落数均为DMSO组的2倍以上；医学院则只在较高剂量组才呈现一定的致突变活性。由此可知，各点样品对TA98和TA100菌株无论加或不加S9均具有不同程度的致突变作用，且随着剂量的增加致突变作用逐渐增强，各点样品的致突变活性呈现良好的剂量—反应关系。

2.2 四个功能区相同剂量组间菌株回复突变结果比较

加入受试物1 000、500、250和125 μg/皿时，四个功能区菌株回复突变比较见表 2。四个功能区相同剂量组间菌株回变菌落数比较：TA98-S9在1 000和500 μg/皿剂量组差异有统计学意义(P ≤ 0.05)；TA98+S9在1 000、500和125 μg/皿三个剂量组之间差异均有统计学意义(P≤0.05)；TA100-S9仅在1 000 μg/皿剂量组差异有统计学意义(P ≤ 0.05)；TA100+S9在1 000和500 μg/皿剂量组差异有统计学意义(P ≤ 0.05)。

3 讨论

空气中颗粒物的组成十分复杂，不仅含有多环芳烃类(PAHs)致癌物质，而且还含有脂肪烃、有机酸、有机碱等其他极性化合物^[7]。包头市属于北方寒冷地区，由于采暖期的发电量、小区供暖量的增加使得燃煤型污染大幅增加，煤的不完全燃烧导致过多的PAHs被排放到环境空气中。本次实验结果表明，包头市四个功能区采集的PM₁₀中有机提取物均具有致突变活性，其中包西机务段致突变作用最强，这可能是因为周围厂区工业生产过程中排放了较多的废气、废液、废渣，导致工业区PM₁₀中有机提取物内的多环芳香烃等致突变性化合物浓度较高，其次为王府井商厦，这可能是因为王府井商厦作为商业交通枢纽区车流量较大，汽车尾气排放量较高，造成商业区PM₁₀中有机提取物内的多环芳香烃等致突变性化合物浓度仅次于工业区。

基因突变的类型分为移码突变和碱基置换，二者突变的结果不同，移码突变对机体的损害作用大于碱基置换。TA98检测的是移码突变，TA100检测的是碱基置换^[8]。本研究结果显示，包头市空气中PM₁₀中有机提取物中存在着移码突变和碱基置换两种致突变类型的化合物，且以TA98菌株回复突变较为明显，说明PM₁₀中存在着移码突变作用较强的污染物。

实验结果表明，包头市空气中PM₁₀有机提取物中存在着不需代谢活化的直接致突变物，同时也存在着需经S9代谢活化的间接致突变物。

4 结论

通过Ames试验可知，包头市采暖期大气可吸入颗粒物(PM₁₀)中有机提取物具有致突变活性，由于化学物的致突变作用是致癌机制之一，致突变试验在鉴定潜在致癌物和揭示致癌作用方面有一定意义，提示本市空气中可吸入颗粒物可能具有潜在的致癌危险性。今后本市需加强燃煤、环保设施的使用率，优化能源结构，提倡能源节约，扩大绿化面积，从而减少空气污染，促进人体健康。