钙对铅胁迫下玉米根尖的解毒效应

杨丽娟　顾地周　栾志慧　郭志欣　蔡丽艳　陈美芙　吴培　张峰

摘要：以通单248玉米种子为试验材料，研究钙对铅胁迫下玉米根尖的解毒效应。首先用硝酸铅水溶液对玉米根尖细胞染毒，确定0.05g/L硝酸铅水溶液对玉米根尖细胞的染毒作用显著；再用不同浓度的硝酸钙水溶液分别与0.05g/L硝酸铅水溶液混合，以复合物处理玉米根尖，进行为期4、5、6、7d的试验，观察玉米根尖细胞有丝分裂指数、染色体畸变率、微核率。结果显示：钙在0.1～1.0g/L范围内能缓解铅的毒性，有利于玉米根尖细胞有丝分裂的进行；但当钙的浓度超过1.0g/L时反而增加了铅的毒性效应。

关键词：有丝分裂指数；染色体畸变；微核率；玉米；钙；铅；解毒；根尖

中图分类号：Q948.116 文献标志码：A 文章编号：1002-1302（2015）05-0075-02

随着我国工业化和经济化水平的日益提高，许多重金属含量也接近临界值或超标。其中铅是一种毒性很大的重要污染重金属，广泛存在于生存环境中，不仅影响作物的产量和质量，而且影响了人类健康。钙是土壤中最丰富的元素之一，是植物生长发育的必需元素，参与大多数细胞生理代谢活动，适量的钙有助于植物生长。目前，张英慧等已经研究了某些重金属对植物的影响，但关于钙对铅胁迫下玉米根尖细胞的解毒作用还未见报道。本研究探讨了不同浓度的硝酸钙对硝酸铅胁迫下玉米根尖的解毒效应，旨在为农业中钙盐的使用、土壤净化以及提高植物抗性提供参考。

1.材料与方法

1.1试验材料

试验用玉米种子为通单248。

1.2试验方法

首先用5组浓度Pb（NO3）：水溶液（0.01、0.03、0.05、0.08、0.10g/LPb2+）浸种、培养，取根尖压片，观察有丝分裂指数、染色体畸变率、微核率，研究不同浓度硝酸铅水溶液对玉米根尖细胞染毒效果，得出当浓度为0.05g/LPb2+“时对玉米根尖细胞的染毒作用显著。

选取籽粒饱满、大小均一、无损伤的玉米种子，冲洗、滤干、消毒后置于蒸馏水中浸种24h，使种子吸水膨胀。取培养皿，底层铺垫2层滤纸，用配制好的5组浓度药品（0.05g/LPb2+0.1g/LCa2+、0.05g/LPb2++0.5g/LCa2+、0.05g/LPb+1.O∥LCa2+、O.05g/LPb2++2.5g/LCa2+、0.05g/LPb2++5.0g/LCa2+）完全浸湿种子，将浸泡后的玉米种子铺在滤纸上，种子上铺2层纱布，早晚各换1次供试药品溶液，同时设置蒸馏水、0.05g/L硝酸铅2组对照组，每个浓度设3次重复。于25℃培养使种子发芽，随即选取培养4、5、6、7d的发芽种子，切取根尖5～10mm，用蒸馏水冲洗数次，再用卡诺固定液室温固定20～24h，加入0.1mol/L盐酸解离12min，至根尖呈乳白半透明状时取出；滴加适量改良石炭酸品红染液染色2～3h，常规压片后镜检并拍照。

1.3数据统计与分析

每个试验组观察3个根尖，每个根尖观察约1000个细胞，使所观察的细胞总数在3000个以上，利用中科组织细胞分析诊断图文报告系统进行细胞计数。统计玉米根尖细胞的有丝分裂数、染色体畸变数、微核数，并计算细胞有丝分裂指数、染色体畸变百分率、微核千分率。参考杜荣骞的方法对所得数据进行分析，利用Office办公软件Excel2003，通过t检验检测不同试验组与对照组之间的差异显著性。

2.结果与分析

2.1铅、钙复合物对玉米根尖细胞有丝分裂的影响

由表1可知：与铅对照组相比，铅、钙复合物的各处理组均降低了玉米根尖细胞有丝分裂指数，其中0.05g/LPb2+1.0g/Lca2+处理组在处理7d时与蒸馏水对照组的畸变率相近，因此认为0.05∥LPb2++1.0g/LCa2+处理组具有很好的去除铅毒害的作用。

2.2铅、钙复合物对玉米根尖细胞染色体畸变率的影响

由表2可知：与铅对照组相比，铅、钙复合物的各处理均降低了玉米根尖细胞染色体的畸变率，其中0.05g/LPb2++1.0g/Lca2+处理6～7d时与蒸馏水对照组的畸变率相近，因此认为0.05g/LPb2++1.0g/LCa2+处理组具有很好的去除铅毒害的作用；0.05g/LPb2++0.1g/LCa2+处理下的畸变率与对照相比显著；0.05∥LPb2++0.5～5.0g/Lca2+处理组的畸变率与铅对照相比达到极显著水平；虽然O.05∥LPb2++2.5～5.0g/Lca2+处理组与铅对照组相比降低了染色体的畸变率，甚至部分低于蒸馏水处理组，但是并不能说该处理组具备去除铅毒害的作用，原因在于染色体的畸变率与有丝分裂指数存在一定关系。

2.3铅、钙复合物对玉米根尖细胞微核率的影响

由表3可知：与铅对照组相比，铅、钙复合物各个处理组都降低了玉米根尖细胞染色体的微核率，0.05g/LPb2++0.1g/Lca2+处理4、5、6d与对照差异不显著，处理7d差异极显著；0.05g/LPb2++0.5g/Lca2+处理4、5、6d与对照达显著差异，处理7d微核率差异十分显著；0.05g/LPl2++1.0g/LCa2+处理组微核率与对照相比差异均极显著，与蒸馏水处理组相比微核率相近，因此认为0.05∥LPb2++1.0g/Lca2+处理组具有很好的去除铅毒害的作用；0.05g/LPb2++2.5～5.0g/Lca2+处理组微核率与铅对照相比差异极显著，低于硝酸铅水溶液对照组，且部分低于蒸馏水对照组，但是由于染色体的微核率与染色体分裂指数有一定关系，因此并不能说明此处理组有很好的去除铅毒害的作用。

3.讨论

近年来，重金属污染越来越严重，存在范围也较广，人们也越来越关注重金属对植物根尖细胞的影响。本试验研究了铅、钙处理对玉米根尖细胞的毒性效应，试验研究表明：铅、钙复合物浓度在0.05g/LPb2++1.0g/LCa2+时，根尖细胞有丝分裂指数、染色体畸变率、微核指数与蒸馏水处理组接近，说明此时能有效抑制并消除铅的中毒状态；但钙的浓度继续增大，反而加重“植物中毒”效应，抑制玉米根尖生长，虽然降低了染色体的畸变率和微核率，但并不能说明有去毒害作用。

当前，许多报道已经显示高浓度Ca2+对细胞具有毒害作用。宋松泉等的试验表明，Ca2+能够减少Cd2+对种子活力和幼苗生长的抑制或消除作用。而邢树平等在研究Ca2+对小麦根长生长影响时发现，低浓度培养液中小麦根尖生长良好，高浓度培养液中则受到抑制。本研究的钙、铅复合物对玉米根尖的影响与上述研究相似，但与张英慧研究的铅、钙及其复合物对蚕豆有丝分裂的影响略有不符。本试验染色体滞后现象是分裂期前期进入中期时，落后的染色体未到赤道板，可能是铅破坏了纺锤丝的功能或形成，也可能是干扰了染色体某些自身的运动规律而使染色体不能及时达到赤道面，而张英慧试验研究中发生的染色体滞后是分裂期中期进入后期时染色体断裂发生滞岳，这可能与试验材料种类及所用溶液浓度范围的不同相关。

铅是一种重金属污染物，进入植物细胞后可能抑制某些蛋白的形成，延长细胞周期，使细胞分裂受阻，继而使染色体出现非正常形态。钙是一种廉价的调节剂，植物的必需元素，提高钙的含量可以减少土壤对铅的吸收，从而降低铅的毒害，但钙含量过多又增加植物毒害作用，因此要合理使用。通过本试验笔者观察到了钙可能对重金属起到解毒的效果，但本试验只在细胞学这一方面进行了简单的检测，并不说明钙对重金属具备解毒效应，需要多方面大量的试验去证明。因此，深入研究钙对重金属的解毒作用，对提高植物抗性、充分利用和改造被重金属污染的土壤并保护环境，以及农耕、土壤净化等都具有重要意义。