硒镉对番茄根尖细胞的遗传学效应

陈玥伶，陈德碧

(重庆文理学院林学与生命科学学院，重庆 永川 402168)

硒镉对番茄根尖细胞的遗传学效应

陈玥伶，陈德碧

(重庆文理学院林学与生命科学学院，重庆 永川 402168)

为研究硒镉联合作用对番茄根尖细胞遗传学效应，用不同硒浓度和100μmol/L镉联合处理番茄根尖24 h、48 h、72 h、96 h，统计有丝分裂指数、染色体畸变率和微核率.结果表明:单一镉处理时番茄根尖细胞有丝分裂指数下降，染色体畸变率和微核率增加，且随时间的延长而毒害加深.硒镉处理时，硒浓度低于1.0μmol/L时番茄根尖细胞有丝分裂指数增加，染色体畸变率和微核率下降，高于1.0μmol/L时番茄根尖细胞有丝分裂下降，染色体畸变率和微核率升高，但浓度过高时，微核率随着镉处理时间的延长反而有所降低，表现出低浓度硒对镉的毒害有缓解作用，高浓度硒与镉协同毒害作用.

硒;镉;番茄;根尖;有丝分裂;染色体畸变;微核

镉(Cd)是常见的重金属污染物，随着工业快速发展，镉对农田土壤、植物的污染日益严重.镉对植物生长的污染主要表现在生长迟缓、植株矮小、褪绿、光合强度下降、保护性酶发生变化等［1-3］.曹德菊［4］、何俊瑜［5］分别对蚕豆、小麦的研究指出，Cd进入植物体后大部分积累在根部，严重抑制根系细胞分裂，诱发染色体畸变.硒(Se)是动物和人体必需的微量元素，适量的硒能促进植物的生长，改善作物的品质，增强作物的抗逆性，抵抗重金属的毒害［6，7］.陈平等［8］研究了Se对Cd胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响，结果表明Se可减轻 Cd对水稻的毒害.Zhang G P等［9］发现，提高溶液中硒的水平，能明显降低植物体内的镉浓度.石贵玉［10］指出，在镉胁迫下加硒后则延缓罗汉果组培苗叶绿素下降，促进光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)上升，降低叶片胞间CO2浓度(Ci).有关硒镉联合作用对番茄根尖细胞的遗传学效应还未见报道.本文以番茄为试验材料，分析不同硒浓度对镉胁迫下番茄根尖细胞有丝分裂指数、染色体畸变率和微核率的影响，旨在探讨硒离子与镉离子对植物细胞染色体遗传学效应，同时揭示硒对重金属镉的的拮抗作用，以期为农业生产减轻镉毒害、培育耐镉富硒番茄品种提供参考.

1 材料与方法

1.1 番茄根的培养

“903”大红番茄种子，购于重庆市永川区种子公司.挑选饱满、大小均匀的种子，用 5﹪NaClO消毒10 min，浸泡一天后，均匀铺在2层滤纸的培养皿中，每皿30粒种子，置于培养箱中25℃ 恒温培养，每天早晚各换一次水.当根长至1.5 cm左右时用100μmol/L氯化镉溶液对番茄幼苗根尖进行染毒处理，同时分别加入等体积的0.5、1.0、5.0、10、20 μmol/L 的亚硒酸钠溶液，去离子水和单镉处理作为对照.

1.2 取材固定

在处理期间，隔 24、48、72、96 h 随机切取根尖，蒸馏水清洗3～4次，再用改良的Carnoy固定液在4℃下固定24 h;然后转入70﹪的乙醇中放入4℃冰箱下保存.

1.3 制片镜检

制片时先取出保存的根尖，用蒸馏水冲洗3～4次，加入 0.1 mol/L的 HCl，60 ℃水解 20 min.水解后将根尖用蒸馏水清洗3～4次，然后切取根尖分生区3 mm左右放置于载玻片上，用改良的苯酚品红染色液染色25～30 min，常规压片后镜检细胞的有丝分裂、染色体［11］.

2 结果与分析

2.1 硒镉对番茄根尖细胞有丝分裂的影响

由图1可知，单一镉处理番茄根尖细胞有丝分裂指数显著低于对照，表明镉对番茄根尖细胞有丝分裂具有明显的抑制效应，且下降程度随时间的延长而增加.硒镉处理，同一时间比较，番茄根尖细胞有丝分裂指数随硒浓度增大而呈现先上升后下降的趋势，硒浓度低于1.0μmol/L时，番茄根尖细胞有丝分裂指数有所升高.0.5 μmol/L 硒处理番茄根尖 24、48、72、96 h 时根尖细胞有丝分裂指数均高于单一Cd处理组，但未达到去离子水对照组的水平;当硒浓度为1.0μmol/L时各处理组均高于同一时间镉处理组和去离子水对照组，分别是镉处理组的34.07﹪、48.91﹪、97.35﹪、180.39﹪，是去离子水对照组的 1.20﹪、0.89﹪、1.36﹪、19.7﹪，当硒浓度高于1.0μmol/L时，处理24 h、48 h时番茄根尖细胞的有丝分裂数指数与单一镉处理差异不显著，处理72 h、96 h时高于单一镉处理，但远低于对照，表明硒对镉胁迫下番茄根尖有丝分裂有不同程度的缓解作用.缓解效果最好的是硒浓度为1.0μmol/L，处理时间为24 h.

图1 硒镉对番茄根尖细胞有丝分裂指数的影响

2.2 硒镉对番茄根尖细胞染色体畸变的影响

由图2可知，单一镉处理蕃茄根尖细胞染色体畸变率显著高于对照，且随时间的延长表现出畸变率增大.硒镉一起处理时，当硒浓度为0.5和1.0μmol/L，同一时间，染色体畸变率都显著低于单一镉处理，但随时间延长而增加.1.0 μmol/L Se浓度处理番茄幼苗根尖 24、48、72、96 h时细胞染色体畸变率与单一镉处理比较下降到最低，分别下降为单一镉处理的31.57﹪、31.26﹪、20.71﹪、21.19﹪，表明低浓度对番茄幼苗镉毒害有缓解作用.当Se浓度为5.0μmol/L时蕃茄根尖细胞染色体畸变率高于单一镉处理，表现出硒镉协同毒害.但当Se浓度为20μmol/L，时间达成72、96 h时染色番茄根尖细胞染色体畸变率陡然下降，这可能是受硒镉协同抑制作用强烈，番茄根的生长受到极大抑制，细胞分裂活动很弱，处于分裂期细胞明显比其他处理减少所导致.

图2 硒镉对番茄幼苗根尖细胞染色体畸变率的影响

2.3 硒镉对番茄根尖细胞微核率的影响

微核是真核细胞中的一种异常结构，往往是细胞经辐射或化学药物作用而产生，如图3可见，Cd单一处理，番茄幼苗根尖细胞微核率显著高于对照组，表现出毒害作用且随时间的延长而增大.与单一镉比较，硒镉处理随着硒浓度的增加细胞微核率表现出先下降再上升、然后下降的趋势.1.0μmol/L Se浓度处理番茄幼苗根尖24、48、72、96 h 时，细胞微核率与单一镉处理相比分别下降 33.82﹪、50.15﹪、47.76﹪、20.75﹪，与去离子水对照相比 24、48 h 增加7.44﹪、1.32﹪，72、96 h 下降 2.63﹪、1.39﹪.当硒浓度为5.0μmol/L处理时，微核率显著高于单一的镉处理，并随时间的延长而升高，但硒浓度高于10μmol/L时微核率陡然下降.这可能受高浓度的硒和镉的叠加毒害作用，引起蕃茄根尖细胞反应性降低或者抑制了细胞分裂甚至造成细胞的死亡而致，与朱志梅等［12］研究的Hg2+对蚕豆根尖细胞的微核率的影响结果一致.

图3 硒镉对番茄根尖细胞微核率的影响

3 讨论

硒作为人体必需元素，参与多种酶的催化反应及部分辅酶和蛋白质合成等代谢过程，有增强机体免疫力，拮抗多种致癌、致突变化合物和有毒重金属元素的毒性等功能.低浓度硒对镉的缓解作用可能是形成了络合物，减少了游离的镉离子含量，降低了镉的毒害.另外，朱善良［7］指出硒具有一定的遗传损伤防护作用，促进受损的DNA的修复.本研究结果表明，100μmol/L的Cd胁迫下番茄幼苗根尖细胞有丝分裂指数显著下降，诱发较高频率的染色体畸变和微核的形成，严重影响番茄幼苗根尖的生长，并随时间的延长而加剧.当不同浓度硒与100μmol/L的 Cd共同处理培养时，明显表现出低浓度硒对镉胁迫下蕃茄根尖遗传毒害效应有所缓解，高浓度硒会加剧染色体畸变和微核的形成，具有一定的剂量与时间效应.这与高扬［13］、陈锦［14］等研究硒铅混合液对大蒜根尖有丝分裂、对蚕豆根尖细胞微核的影响结果相似.硒元素具有双重的作用，低浓度时对植物有益，高浓度表现出对植物的毒害作用.本实验中，低浓度硒对镉胁迫下的缓解作用，可能是诱导重金属离子形成了一种络合物，减少了游离的重金属离子，降低重金属离子的遗传毒害，促进由镉毒害引起的DNA的修复.另外，硒可提高谷胱甘肽过氧化物酶活性，起到抗氧化损伤的作用;高浓度硒与镉或直接作用于DNA分子，造成 DNA损伤断裂，或复合干扰了DNA和相关蛋白质的合成、RNA的转录，或干扰了染色体某些损伤的正常修复过程，从而导致对蕃茄根尖细胞的协同遗传毒害.本研究只针对硒、镉复合对番茄根尖生长发育遗传毒理学方面作了一些探讨，实际上在土壤中存在多种元素，还须进一步研究硒与土壤—植物系统中其它元素的相互作用，以及这种相互作用对植物吸收镉的影响，深入了解生态环境中硒、镉及其它元素相互作用效果，以寻求最佳施硒量，提高作物品质.

［1］郑春荣，孙兆海，周东美，等.土壤Pb Cd污染的植物效应(Ⅰ)——Pb污染对水稻生长和Pb含量的影响［J］.农业环境科学学报，2004，23(5):872-876.

［2］汪洪，赵士诚，夏文建，等.不同浓度镉胁迫对玉米幼苗光合作用、脂质过氧化和抗氧化酶活性的影响［J］.植物营养与肥料学报，2008，14(1):36-42.

［3］王海鸥，钟广蓉，刘晓峰，等.小麦在铜、镉胁迫下体内含巯基物质对解毒机制的研究［J］.华北农学报，2008，23(3):158-161.

［4］曹德菊，汤斌.铅、镉及其复合污染对蚕豆根尖细胞的诱变效应［J］.激光生物学报，2004，13(4):302-305.

［5］何俊瑜，任艳芳，王阳阳，等.镉对小麦根尖细胞的遗传损伤效应［J］.生态环境学报，2009，18(3):830-834.

［6］李娜，王旭.硒对植物生长作用的研究进展［J］.广东农业科学，2010，45(9):38-40.

［7］朱善良.硒的生物学作用及其研究进展［J］.生物学通报，2004，39(6):6-8.

［8］陈平，余土元，陈惠阳，等.Se对Cd胁迫下水稻幼苗生长及生理特性的影响［J］.广西植物，2002，22(3):277-282.

［9］Zhang G P，Fukaml M，Sekimoto H.Genotypic differences in effects of cadmium on growth and nutrient compositions in wheat［J］.JPlant Nutr，2000(9):1337-1350.

［10］石贵玉，黄雅丽.镉胁迫下硒对罗汉果组培苗光合特性的影响［J］.广西植物，2013，33(4):435-438.

［11］南晓光.蚕豆根尖细胞微核实验［J］.内蒙古民族大学学报，2003，18(5):415-416.

［12］朱志梅，侯昭华.Hg2+对蚕豆根尖细胞的微核效应［J］.西北大学学报:自然科学版，2008，38(1):96-98.

［13］高扬，马子明.硒铅混合液对大蒜根尖有丝分裂的影响［J］.长春师范学院学报，2004，23(4):46-49.

［14］陈锦，李跃平.硒对铅所致蚕豆根尖细胞微核的影响［J］.海峡预防医学，2001，7(6):10-11.

(责任编辑 穆 刚)

Genetic effect of Selenium and Cadm ium on Root Tipcell of Tomato

CHEN Yueling，CHEN Debi

(College of Forestry and Life Science，Chongqing University of Arts and Sciences，Yongchuan Chongqing 402168，China)

To study the genetic effect of selenium and cadmium on root tip cell of tomato，the root tipswere exposed to selenium at different concentrations and 100 μmol/L cadmium for 24 h，48 h，72 h，96 h.The mitosis index，the frequency ofmicronucleus and chromosomal aberrationswere counted.The results showed that themitotic index decreased，the frequency ofmicronucleus and chromosomal aberration increased under the 100 μmol/L Cd stress，however，itwas enhanced with treatment duration.When the concentration of Se was not higher than 1.0 μmol/L，the mitotic index increased，the frequency ofmicronucleus and chromosomal aberration decreased，when the concentration of Se was higher than 1.0 μmol/L，the mitotic index decreased，the frequency ofmicronucleus and chromosomal aberration increased first then decreased.Se at lower concentration could alleviate the toxicity broughtby Cd in the rootof Tomato，but Se athigher concentration could enhance this toxicity.

Se;Cd;tomato;root tip;Mitosis;chromosomal aberrations;micronucleus

S641.2

A

1673-8004(2014)05-0112-04

2014-03-02

重庆文理学院学生科技研究资助项目(XZ20110039).

陈玥伶(1990-)，女，云南昆明人，主要从事细胞遗传学方面的研究.

陈德碧(1968-)，女，重庆人，高级实验师，硕士，主要从事植物生理生态方面的研究.