抗坏血酸对铅、汞胁迫下蚕豆根尖染色体畸变的研究
2015-05-08吴丽芳陆伟东魏晓梅段金巍
吴丽芳,陆伟东,魏晓梅,段金巍
(曲靖师范学院 生物资源与环境科学学院,云南 曲靖 655011)
抗坏血酸对铅、汞胁迫下蚕豆根尖染色体畸变的研究
吴丽芳,陆伟东,魏晓梅,段金巍
(曲靖师范学院 生物资源与环境科学学院,云南 曲靖 655011)
以蚕豆根尖为材料,运用细胞微核技术,研究抗坏血酸对不同浓度Pb2+、Hg2+胁迫下蚕豆根尖细胞遗传毒性的影响。结果显示,Pb2+浓度为5 mg/L和10 mg/L时,有丝分裂指数呈上升趋势;浓度大于10 mg/L时,呈下降趋势。Hg2+处理时,无论低浓度还是高浓度,均能降低丝分裂指数。染色体畸变率、微核率与Pb2+、Hg2+浓度呈正相关。抗坏血酸与不同浓度的Pb2+、Hg2+复合处理后,具有明显的协同作用,可以缓解对蚕豆根尖细胞的遗传毒性效应,尤其对高浓度的重金属胁迫后,其缓解效应较为明显。
蚕豆;铅;汞;抗坏血酸;遗传毒性
重金属污染环境及污染恢复是当今环境学、生物科学交叉领域备受关注的焦点。重金属主要来源于工业、农业及医药业,当其进入土壤作用于植物,通过生态系统循环,最终将引起人类健康问题。各种重金属对人体及植物的危害效应有所不同。蚕豆根尖细胞在分裂期间对外界环境反应比较敏感,常造成有丝分裂各时期染色体畸变、微核等异常现象,其畸变率与污染物种类及浓度相关。到目前为止,利用蚕豆根尖细胞染色体的异常测知环境毒理效应已是相对成熟的一种重要手段。植物体内的抗坏血酸为一种小分子抗氧化剂,能与其他小分子及同工酶抗氧化剂共同调节植物细胞内的AOS,保持细胞正常的分裂和生长[1]。有研究认为[2],ASA能增强逆境胁迫下植物的抗逆能力,保护植物抵制逆境胁迫损伤。吴丽芳等[3]研究抗坏血酸与Hg2+复合处理对黑麦草的毒害效应,认为Hg2+与抗坏血酸复合处理具有一定缓解作用,缓解效应在高浓度下最为明显,尤其对于敏感的植物缓解最显著。本文利用微核技术,从细胞水平上研究抗坏血酸对汞、铅胁迫时对蚕豆根尖细胞毒性的缓解效应,旨在为防止重金属污染提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
供试蚕豆(Vicia faba)为曲靖沿江乡当年收获的蚕豆种子,种植区附近无污染源。
1.2 试剂配制
采用分析纯醋酸铅配成铅离子为5.0, 10.0,20.0,50.0,100.0 mg/L的溶液。氯化高汞配成含汞离子为5.0,10.0,20.0,50.0,100.0 mg/L的溶液。抗坏血酸浓度设定为20 mg/L。
1.3 实验方法
1.3.1 蚕豆根尖的获取
1.3.2 材料固定和解离
1.3.3 染色、制片及镜检
将解离后的根尖吸去盐酸,用蒸馏水漂洗数次后置于载玻片上,切取根尖的分生组织并捣碎,加1滴卡宝品红染液,染色3-5 min后,盖上盖玻片并用铅笔头轻轻敲打使根尖细胞分散良好,再用滤纸吸干多余的染液。每种处理材料各做10张片子镜检。每个装片观察和统计800~1 000个细胞。
1.3.4 计算
2 结果与分析
2.1 Pb2+对蚕豆根尖细胞毒害的影响
表1 Pb2+对蚕豆根尖细胞毒害的影响
注:小写字母表示p<0.01时显著性差异,下同。
2.2 20 mg/L的外源抗坏血酸对Pb2+胁迫下蚕豆根尖细胞的缓效作用
表2 外源抗坏血酸对Pb2+胁迫下蚕豆根尖细胞的缓效作用
2.3 Hg2+对蚕豆根尖细胞毒害的影响
表3 Hg2+对蚕豆根尖细胞毒害的影响
2.4 20 mg/L的外源抗坏血酸对Hg2+胁迫下蚕豆根尖细胞的缓效作用
表4 外源抗坏血酸对Hg2+胁迫下蚕豆根尖细胞的缓效作用
3 结论与讨论
汞和铅都能诱导蚕豆根尖微核率升高,细胞分裂指数下降,染色体畸变率上升,微核率升高,但各种重金属离子的毒害效应不同。蚕豆根尖细胞有丝分裂指数在铅浓度为5 mg/L和10 mg/L时,有所升高,随浓度的增加而呈下降趋势。分析原因,可能是低浓度时,植物为了积极应变适应环境,其自身必须短时间内产生螯合重金属的代谢产物或加强离子泵的功能来排斥这些离子,因此短时间低浓度下会出现“促进”作用。但这种“促进”观点,不同学者有不同认识。笔者较认同朱志梅等[5]的观点,诱变剂无论浓度多高,对生物的生理生化过程都是有害的,只不过生物对诱变剂的反应是一个过程中的两种作用的复合效应。在诱变剂作用下,植物有应激产生护作用和受抑制、毒害作用,而这两种作用哪一个占上风,是由诱变剂的种类、处理剂量及生物的不同代谢活动等综合因素决定的。
细胞染色体畸变可能是由于染色体单体断裂造成染色体缺失或重排而出现染色体结构上的变异。染色体畸变率、微核率与Pb2+、Hg2+的浓度呈正相关,铅、汞胁迫下,随浓度的增加而增加。且微核在细胞分裂的间期、中期、后期等不同的细胞分裂阶段都会出现,尤其细胞分裂间期出现较多,后期出现较少。
4 结束语
重金属对植物细胞遗传毒害研究中常选有丝分裂指数、染色体畸变率和微核率这三项指标。它们之间有一定的关系。本研究认为,有丝分裂指数与染色体畸变率和微核率呈负相关,染色体畸变率与微核率呈正相关。植物内源抗坏血酸参与植物清除逆境条件的AOS,能够提高植物的抗性。本文在两种重金属胁迫时,都采用与抗坏血酸复合处理缓解单一胁迫下的毒害效应。结果证明,抗坏血酸能减轻重金属对植物细胞的毒害,尤其高浓度下,这一效应相较于低浓度时显著。至于其缓解机制和适宜的浓度范围,有待进一步研究。
[1] Noctor G,Foyer C H.Ascorbate and glutathione: keeping active oxygen under control [J]. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol., 1998, 49: 249-279.
[2]何文亮,黄承红,杨颖丽,等.盐胁迫过程中抗坏血酸对植物的保护功能[J].西北植物学报, 2004,24(12):2196—2201.
[3]吴丽芳,陆伟东.Hg2+单一及与抗坏血酸复合处理对黑麦草毒害效应的研究[J].北方园艺,2013(5):60-63.
[4]常学秀,王焕校,文传浩.Cd2+、A13+对蚕豆胚根根尖细胞遗传学毒性效应研究[J].农业环境保护,1999,18(1):1~3.
[5]朱志梅,侯昭华,刘康,等. 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.
Effect of Lead and Mercury Combined with Ascorbic Acid Treatment on the Genetoxic of Vicia Faba
WU Lifang,LU Weidong,WEI Xiaomei,DUAN Jinwei
(College of Biologic Resource and Enviornmental Science,Qujing Normal University,Qujing 655011, China)
Vicia faba root tip was used as material. Micro nuclear technology of root tip cell of Vicia faba was applied to study Genetoxic of Vicia faba root tip cell under different concentration single lead and mercury and combination with ascorbic acid treatment. The result showed that the mitotic index has rising trend with 5 mg/L and 10 mg/L of Pb2+concentration. Whlie it has downward trend, when Pb2+concentration is over 10 mg/L. While Hg2+concentration is low or high, mitosis index was reduced. Chromosome aberration rate and micronucleus rate were positively correlated of concentration of Pb2+and Hg2+. After Vicia faba root tip cell was treat by ascorbic acid conbination with different concentrations of lead ion and mercury ions, it showed obvious synergy and relieve genetic toxic effect. Especially in high concentration of heavy metal stression, remission effect is relatively obvious.
vicia faba; lead; mercury; ascorbic acid; genetoxic
2014-02-10;修改日期: 2014-04-25
曲靖师范学院实验教学研究基金资助项目(Syjx2013004);曲靖师范学院 “十二五”二级重点建设学科基金资助项目。
吴丽芳(1980-),女,在读博士,讲师,研究方向:植物资源的评价与利用。
Q945.78
A
10.3969/j.issn.1672-4550.2015.03.013