洗涤剂对豌豆根尖细胞的致畸效应

曾秀存,许耀照,2,王勤礼,2,李彩霞

(1.河西学院农业与生物技术学院,甘肃 张掖734000;2.河西生态与绿洲农业研究院,甘肃 张掖734000)

洗涤剂是日常生活中的必需品,我国每年生产400万t洗涤剂用掉60万～70万t三聚磷酸钠,含磷助洗剂对环境造成很大的影响[1]。合成洗涤剂由于成本低廉、产量高、去污力强而成为目前使用量最大,使用范围最广的家用化工产品,其基本成分为表面活性剂和一些助洗剂,其中阴离子表面活性剂在生产中使用最多[2]。随着人们生活水平的提高,洗涤剂已进入千家万户,它可用来洗涤衣物、餐具和水果蔬菜等。然而,人们在使用洗涤剂时,既希望它有良好的洗涤效果,更关心洗涤剂的毒性问题。有关研究指出,在洗涤剂用量远远低于日常家庭用量的情况下,洗涤剂对鱼类有不同程度的影响,且发现洗涤剂在存放一定时间后其毒性亦没有发生明显下降,这意味着,含有家用洗涤剂的生活污水不经任何处理就排放到水体中,可能会对鱼类造成一定的影响[3]。不同浓度的洗衣粉均能抑制蚕豆根的生长,降低根尖细胞有丝分裂指数,诱发细胞产生高频率的微核且是明显的时间与剂量效应关系[4]。环境诱变细胞的研究有60Co-γ射线[5]、太空环境诱变[6-7]等,但洗涤剂诱变植物细胞研究较少。蚕豆(Vicia f aba)根尖微核试验技术属于植物遗传检测系统,微核试验是利用环境污染因子诱变细胞染色体畸变产生微核而建立起来的一种技术,也是近年来环境生物监测领域的重要进展之一[8]。豌豆(Pisum sativum)是甘肃省中部半干旱地区重要的倒茬养地和饲料作物,在旱地农业和旱农生产中起着关键枢纽作用[9]。因此,本研究以豌豆为试材,从细胞水平上研究洗涤剂对豌豆根尖细胞有丝分裂指数、微核率、染色体畸变率等的影响,以揭示洗涤剂对豌豆根尖细胞的损伤机制,以期为研究洗涤剂的毒性效应机制提供试验依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 供试品种为豌豆“苏箭3号”,由张掖市农业科学院提供。洗涤剂为甘肃市场上销量最大的一品牌洗涤剂,从超市购买,洗涤剂的主要成分为复合活性剂、APG、食用香精。选择饱满、健康、大小均匀的豌豆种子,用70%(V/V)的酒精消毒后,于25℃培养箱中用蒸馏水浸种24 h,然后置于垫有2层湿滤纸的培养皿中,并盖上湿纱布,在室温下发芽,待根尖长为1.0～1.5 cm时,用于毒性试验。

1.2 试验设计 选取生长一致的豌豆根尖,分别置入用蒸馏水稀释至200倍、100倍、10倍、5倍的4个培养皿中,于25℃下暗培养,以蒸馏水处理为对照。连续处理24和48 h。每隔24 h从每一处理随机取10个根尖,共取2次,剪取根尖,卡诺固定液(无水乙醇∶冰乙酸=3∶1)固定24 h,蒸馏水浸洗3次后,将根尖转入70%的酒精,4℃冰箱保存备用。制片时,将固定的根尖用蒸馏水浸洗 3次,1 mol/L HCl,(60±0.5)℃的恒温水浴中酸解10 min,水洗后切取分生区细胞约1 mm,用卡宝品红染色30 min,常规压片。并在DMBA450生物数码显微镜下观察。每个处理随机观察3～5个根尖,每个根尖至少观测1 000个分生区细胞,统计根尖细胞的有丝分裂指数(MI)、微核率千分率(FMN)和染色体畸变率(AF)[10],用奥林帕斯BH-10对微核和发生染色体畸变的细胞进行显微摄影。

1.3 数据分析 数据处理采用SPSS 13.0软件进行方差分析,用Microsoft Excel 2003软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同稀释倍数的洗涤剂溶液对豌豆根尖细胞有丝分裂指数的影响 当处理时间为24 h时,随洗涤剂原液稀释倍数的降低,豌豆根尖细胞有丝分裂指数呈下降趋势(表1),当洗涤剂原液稀释倍数≤10倍时,有丝分裂指数较对照下降46%,与对照相比差异极显著(P＜0.01),这表明当洗涤剂原液稀释倍数低于一定的范围时,可明显抑制豌豆根尖细胞的分裂。当处理时间为48 h时,随洗涤剂原液稀释倍数的降低,豌豆根尖细胞有丝分裂指数较处理24 h明显降低,当洗涤剂原液稀释倍数≤10倍时,有丝分裂指数较对照下降92%,与对照相比差异极显著(P＜0.01)。洗涤剂稀释溶液能降低豌豆根尖细胞有丝分裂指数,抑制细胞有丝分裂,具有剂量和时间效应关系。

表1 洗涤剂对豌豆根尖细胞有丝分裂指数的影响

2.2 不同稀释倍数的洗涤剂溶液对豌豆根尖细胞微核率的影响 当处理时间为24 h时,随洗涤剂原液稀释倍数的降低,豌豆根尖细胞微核率不断增加(表2),当稀释倍数为10倍时,根尖细胞微核率达到最大为9.82‰,较对照细胞微核率显著增加761%;当洗涤剂原液稀释倍数≤5倍时,根尖细胞微核率急剧降低,达到2.54‰,与对照无明显差异;当处理时间为48 h时,随洗涤剂原液稀释倍数的降低,豌豆根尖细胞微核率不断增加,当原液稀释倍数为 100倍时,细胞微核率达到最大为12.48‰,较对照细胞微核率显著增加824%;当洗涤剂原液稀释倍数≤5倍时,根尖细胞微核率迅速降低到1.00‰,较对照降低26%,与对照无明显差异。这说明洗涤剂原液稀释在高稀释倍数(洗涤剂原液稀释倍数≥10倍,24 h;洗涤剂原液稀释倍数≥100倍,48 h)时能增加根尖细胞微核率,洗涤剂原液稀释在低稀释倍数(洗涤剂原液稀释倍数≤5倍,24 h;洗涤剂原液稀释倍数≤10倍,48 h)时降低根尖细胞微核率。

表2 洗涤剂对豌豆根尖细胞微核率的影响

镜检发现,在洗涤剂原液稀释不同倍数溶液处理的细胞中,豌豆根尖细胞有不同分裂时期的微核出现(图1),也有部分细胞出现双微核,微核出现以细胞分裂间期居多。

2.3 不同稀释倍数的洗涤剂溶液对豌豆根尖细胞染色体畸变率的影响 当处理时间为24 h时,随洗涤剂原液稀释倍数的降低,豌豆根尖细胞染色体畸变率不断增加,当原液稀释倍数10倍时,染色体畸变率达到最大,为2.05%,较对照染色体畸变率显著增加113%;当洗涤剂原液稀释倍数≤5倍时,根尖细胞染色体畸变率降低到1.65%,与对照差异显著;当处理时间为48 h时,随洗涤剂原液稀释倍数的降低,豌豆根尖细胞染色体畸变率不断增加,当稀释倍数为100倍时,染色体畸变率达到最大,为3.42%,较对照染色体畸变率增加333%;当洗涤剂原液稀释倍数≤10倍时,根尖细胞染色体畸变率迅速降低到0.25%,较对照降低68%,与对照差异显著(表3)。这说明洗涤剂原液稀释倍数高(洗涤剂原液稀释倍数≥10倍,24 h;洗涤剂原液稀释倍数≥100倍,48 h)时能增加根尖细胞染色体细胞的畸变率,而洗涤剂原液稀释倍数低(洗涤剂倍数≤5倍,24 h;洗涤剂倍数≤10倍,48 h)时能降低根尖细胞染色体畸变率。镜检发现,洗涤剂原液稀释不同倍数诱发豌豆根尖细胞染色体畸变主要包括染色体断片、滞后染色体、染色体桥等(图2)。

图1 豌豆根尖细胞不同分裂时期的微核

表3 洗涤剂溶液对豌豆根尖细胞染色体畸变率的影响

图2 豌豆根尖细胞染色体畸变核

3 讨论

洗涤剂与人们的生活息息相关,如今消费者除了关心产品的去污力和经济性之外,越来越多的消费者开始重视洗涤产品对人体安全性和环境相容性[1]。本研究表明,随着洗涤剂原液稀释倍数的降低和处理时间的延长,豌豆根尖细胞有丝分裂指数成明显的下降趋势,处理浓度和处理时间双因子分析具有明显的剂量-时间效应。这与王虹和邓丽芳[11]报道的洗手液具有一定的遗传毒性,并随着浓度的增大,毒性增加,呈现出剂量-效益关系结果相一致。随着洗涤剂原液稀释倍数的降低,细胞分裂指数下降,稀释倍数越小,抑制作用越明显。

洗涤剂原液在稀释倍数低时,可导致豌豆根尖细胞微核率、染色体畸变率明显增加;洗涤剂原液在稀释倍数低时,细胞微核率、染色体畸变率下降,但洗涤剂原液稀释不同倍数和处理不同时间,对细胞微核率、染色体畸变率不具有剂量-时间效应关系,这与张江丽等[3]报道的洗发水均可诱发蚕豆根尖细胞产生微核及染色体畸变,并表现为良好的剂量-效应关系的结果不一致。其原因一方面可能是洗涤剂在高稀释倍数范围内时,随着洗涤剂倍数的降低,洗涤剂对豌豆根尖细胞的遗传物质毒害作用加强,在细胞分裂各个时期均出现微核(图1),同时微核率也随之增加,而在低稀释倍数时,微核率显著下降,这由于高浓度的洗涤剂对细胞的损伤加剧,从而导致一些受损的细胞未完成有丝分裂过程,导致微核率下降。另一方面,由于在低稀释倍数处理下,豌豆根尖细胞出现了更加严重的毒害现象,出现核固缩(图1、图2)。核固缩的细胞处于转录抑制状态,会影响正常的细胞代谢活动。由于核固缩的细胞不再参与有丝分裂,使根尖中分裂细胞数目减少,那些不分裂的细胞中的染色体畸变不能表现为间期微核而引起分裂指数和微核率下降。

镜检发现,根尖分裂细胞中有大量的染色体断片、染色体桥(图2),说明洗涤剂原液不同稀释倍数对碗豆根尖细胞染色体的主要组成物质DNA的结构组成可能有一定影响,具有一定遗传毒性。但对豌豆的其他生物学效应——过氧化氢酶及过氧化物酶活性的影响有待进一步研究和探讨。

4 结论

洗涤剂原液稀释不同倍数,处理24和48 h后,能明显降低豌豆根尖细胞有丝分裂指数,抑制细胞有丝分裂,具有明显的剂量-时间效应关系。洗涤剂原液在高稀释倍数时,处理24和48 h后,能增加根尖细胞的染色体畸变率和微核率;在较低稀释倍数范围内,处理24和48 h后,能降低根尖细胞染色体畸变率和微核率,稀释不同倍数的洗涤剂处理24和48 h后对根尖细胞的染色体畸变率和微核率不具有剂量—时间效应。不同稀释倍数的洗涤剂影响豌豆根尖细胞分裂,导致根尖细胞多种畸变类型,对豌豆根尖细胞具有一定的遗传毒性。

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