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        硫酸銅對燕麥根尖細(xì)胞毒害研究

        2021-08-24 07:05:24蘇佳欣高汝勇馬彥榮孫如月呂亞慈
        現(xiàn)代農(nóng)村科技 2021年9期
        關(guān)鍵詞:核率微核硫酸銅

        蘇佳欣 高汝勇 馬彥榮 孫如月 董 瑜 呂亞慈

        (衡水學(xué)院生命科學(xué)系 河北 衡水 053000)

        銅是植物生長發(fā)育必需的微量元素,是細(xì)胞色素氧化酶、多酚氧化酶以及抗壞血酸氧化酶等多種酶類的組成成分之一,同時銅元素也是各種氧化酶活性的核心元素[1];但過量的銅會影響植物的生長,土壤中含過量銅會對植物新根生長造成抑制,使根尖硬化,吸收能力減弱,植株生長也會受到影響[2]。

        燕麥俗稱油麥、玉麥,是一種低糖、高蛋白質(zhì)、高脂肪、高能量食品,其營養(yǎng)成分含量高,質(zhì)量優(yōu)。我國對燕麥的需求量較大,目前對燕麥的研究尚屬起步階段,大部分是針對其生物學(xué)特性與栽培、加工工藝等進(jìn)行的研究,針對重金屬對燕麥的毒害研究還未見報道。因此,開展重金屬脅迫對燕麥遺傳毒性的研究很有必要。本試驗探究不同濃度的銅對燕麥植物根尖細(xì)胞造成的影響,從細(xì)胞的水平分析硫酸銅對燕麥根尖細(xì)胞染色體畸變、微核率、有絲分裂的影響。

        1 材料與方法

        1.1 供試材料。燕麥材料:白燕2號(由張家口市農(nóng)科院提供);硫酸銅(天津市大茂化學(xué)試劑廠),用蒸餾水分別配制0 mg/L、50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、800 mg/L等不同濃度的硫酸銅溶液。

        1.2 試驗方法

        1.2.1 種子萌發(fā)。將白燕2號種子洗干凈,用0.1%氯化汞消毒10~15 min,浸泡2~24 h,放入白瓷盤中,置于烘箱中25℃培養(yǎng)生根。

        1.2.2 試驗處理。待種子初生根長到1~2 cm時,挑選飽滿、生命力旺盛的種子,分別放入濃度為50 mg/L、100 mg/L、200 mg/L、400 mg/L、800 mg/L的硫酸銅中,并分別處理6 h、12 h、24 h、48 h,以蒸餾水作對照。選擇燕麥種子生命力較旺盛的幼根,將根尖剪下來放入卡諾氏固定液中(V無水乙醇∶V冰醋酸=3∶1)固定2~24 h,用70%的乙醇保存。試驗時用1 mol/L的鹽酸水解5~10 min。改良品紅室溫下染色15 min,常規(guī)壓片、鏡檢,并統(tǒng)計數(shù)據(jù),每個處理觀察10~15個根尖(隨機選擇),至少5 000~6 000個細(xì)胞,典型圖像用顯微攝像系統(tǒng)進(jìn)行拍照。

        1.3 數(shù)據(jù)處理及評價方法

        1.3.1 指標(biāo)計算。細(xì)胞分裂指數(shù)=(分裂細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù))×100%;微核率=(出現(xiàn)微核的細(xì)胞數(shù)/間期細(xì)胞總數(shù))×100‰;染色體畸變率=(畸變細(xì)胞數(shù)/分裂期細(xì)胞總數(shù))×100%。

        1.3.2 統(tǒng)計分析。用SPSS(spss for windows)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,并進(jìn)行差異顯著性檢驗。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 硫酸銅處理對燕麥根尖分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響。如表1所示,本試驗中設(shè)置5個不同濃度的硫酸銅,并且每個濃度又分不同時間處理燕麥根尖,結(jié)果顯示,各處理燕麥根尖的分裂指數(shù)均高于對照。燕麥根尖有絲分裂指數(shù)隨著硫酸銅濃度的升高和時間的延長受到抑制,且與對照相比有差異(表1)。隨著硫酸銅濃度的增大,燕麥根尖細(xì)胞的有絲分裂指數(shù)呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。同一濃度隨著處理時間延長,除800 mg/L外,有絲分裂指數(shù)呈上升趨勢。

        表1 硫酸銅處理對燕麥根尖分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響 (%)

        2.2 硫酸銅處理對燕麥根尖微核千分率的影響。由表2可知,不同濃度的硫酸銅對燕麥根尖細(xì)胞微核有顯著的影響。試驗組與對照組相比,微核畸變率有顯著的差異,當(dāng)硫酸銅濃度是400 mg/L時,染色體微核率隨時間的延長呈現(xiàn)極度上升的趨勢。同一處理時間,細(xì)胞的微核千分率隨著硫酸銅濃度的增加呈現(xiàn)上升的趨勢。在硫酸銅濃度達(dá)到400 mg/L時,微核率千分率最大。濃度在400 mg/L以內(nèi)時,微核千分率隨時間的延長呈現(xiàn)上升趨勢。當(dāng)濃度達(dá)到800 mg/L,48 h時,微核千分率隨時間的延長呈下降的趨勢。

        表2 硫酸銅處理對燕麥根尖細(xì)胞微核千分率的影響(‰)

        2.3 硫酸銅處理對燕麥根尖分生區(qū)細(xì)胞畸變率的影響。不同濃度的硫酸銅均可導(dǎo)致多種類型的染色體畸變,常見的染色體畸變類型有染色體橋、染色體粘連、染色體滯后、染色體不同步、染色體蓬松、染色體不均等分裂。由表3可以看出,相同時間內(nèi)染色體畸變率隨硫酸銅濃度的升高而呈現(xiàn)逐步升高的趨勢;在同一濃度時,隨時間的延長染色體畸變率升高。當(dāng)硫酸銅濃度達(dá)到800 mg/L時,染色體畸變率急劇升高,且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他濃度的畸變率。

        表3 硫酸銅處理對燕麥根尖細(xì)胞染色體畸變率的影響(%)

        3 結(jié)論與討論

        植物從土壤中吸收的銅主要聚集在根部。銅污染對植物根系有直接的毒害作用,導(dǎo)致植物根系新陳代謝過程紊亂[3]。對于植物來說,有絲分裂最旺盛的是根尖部位,也是植物對土壤中營養(yǎng)元素及重金屬污染受害最敏感區(qū)域。研究表明,植物銅中毒的主要癥狀為抑制種子的萌發(fā),根系變短,外形畸變等[4]。本試驗的研究結(jié)果也表明了高濃度硫酸銅對植物生長有抑制作用。倪才英[5]在研究土壤銅污染對紫云英的毒害時發(fā)現(xiàn),當(dāng)外界銅超過植物所承受的濃度時,紫云英根尖扭曲腐爛,導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)壁分離,原生質(zhì)被破壞,本試驗結(jié)果和倪才英的研究結(jié)果是一致的。

        本試驗結(jié)果表明,重金屬銅脅迫對燕麥根尖細(xì)胞的分裂指數(shù)、微核數(shù)、分裂期細(xì)胞的染色體畸變率存在著顯著影響。燕麥根尖隨著硫酸銅處理濃度的升高和時間的延長,微核率、染色體畸變率呈上升趨勢。當(dāng)濃度達(dá)到200~400 mg/L時,銅元素對燕麥根尖細(xì)胞分裂是有促進(jìn)作用的,當(dāng)濃度達(dá)到800 mg/L時,燕麥根尖表現(xiàn)出有絲分裂指數(shù)、微核率降低。過量的銅對燕麥根尖的有絲分裂毒害超過了植物的自身保護(hù)作用,使細(xì)胞中酶的活性降低,導(dǎo)致DNA合成速率減慢,分裂間期延長。高濃度的硫酸銅有誘發(fā)染色體畸變的作用,因為較高濃度的硫酸銅不僅對細(xì)胞的畸變有影響,而且能阻止細(xì)胞紡錘絲的微管蛋白聚合。

        通過對不同濃度銅離子對燕麥根尖染色體的毒害作用進(jìn)行研究,了解了重金屬銅脅迫對植物遺傳毒性的影響。但是針對銅離子對分裂間期蛋白質(zhì)的合成,與復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、染色體運動有關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的關(guān)系,還有待于進(jìn)一步探究。

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