除草剂乙草胺对棉花根尖细胞有丝分裂的影响

（新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830000）

棉花是我国重要的战略物资，也是我国重要的农作物之一，新疆由于其独特的地理优势及光热资源，是全国最大的商品棉生产基地[1]。棉花的主副产品都有较高的利用价值，不仅可用于油料，也可以用作纺织品的原料，在世界经济和社会的迅速发展方面起着重要的作用。但棉田杂草常年与棉花争夺水分、养分和空间，严重影响棉花的生长、分枝和结桃，造成棉花产量损失14%～16%，危害严重时，可造成棉花减产高达60%[2]，严重制约了棉花的优质、高效生产[3]。

除草剂乙草胺具有低毒、高效、安全、持效期长、残留量小等众多特点[4]，对禾本科杂草的防除效果优于阔叶杂草。在土壤中持效性为45 d左右[5]，在玉米播种后出苗前用50%乙草胺乳油108 mL/667 m2，药后28 d，对杂草的株防效可达89.7%，对玉米安全且增产[6]，90%乙草胺乳油施用量为3 L/hm2，可有效防除甘薯田禾本科的杂草和部分阔叶杂草，最高防效可达90%以上，增产25.3%[7]；麦类和谷类作物对乙草胺敏感，不宜施用。乙草胺直接在作物上喷施会严重抑制其出苗，不可直接在作物上喷施，在过道或行间喷施也可能对苗期作物产生逆境胁迫，当植物处于逆境时，体内活性氧和自由基的浓度急剧升高导致植物细胞不能正常代谢，进而对细胞产生伤害，影响其正常生长发育，除草剂对作物来说是一种逆境胁迫，为适应这种胁迫，植株体内的保护酶系统会发生一系列的变化[8]。

目前在试验室条件下关于除草剂乙草胺对棉花根尖细胞有丝分裂影响的研究较少。本研究参考农业生产上乙草胺的使用浓度与时间，设置乙草胺处理棉花根尖的使用浓度分别为0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L 和2.0 mg/L，处理时间分别为12 h、24 h、48 h 和72 h，探讨乙草胺对棉花根尖细胞有丝分裂指数和染色体形态的影响，为棉田安全有效地使用乙草胺提供细胞遗传学依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试棉花种子为新疆农业大学农学院提供的新陆早50号。

供试试剂：60%乙草胺乳油、卡诺氏固定液、改良石炭酸品红、70%乙醇、蒸馏水、1 mol/L HCL。

供试仪器：显微镜、电子天平、水浴锅、恒温箱、盖玻片、载玻片、镊子、叉子、刀片、离心管、吸量管、量筒、烧杯、一次性手套等。

1.2 试验方法

1.2.1 根尖培养与处理

将饱满的棉花种子在室温下用蒸馏水浸泡24 h，待种子吸胀萌发，放入滴有蒸馏水的湿润滤纸上常温培养，待棉花根尖长0.2 cm 时用不同浓度（0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L）的乙草胺分别处理12 h、24 h、48 h 和72 h，以蒸馏水处理为对照。

1.2.2 固定解离压片

将处理完成的棉花根尖用蒸馏水清洗干净，用卡诺氏固定液固定24 h，清洗根尖上的卡诺氏固定液，清洗的根尖放入装有1 mol/L HCL 的小烧杯中，在60 ℃水浴条件下解离5 min，用改良苯酚品红染色液染色3～4 min，常规压片。

1.2.3 镜检计数

试验设5 次重复，对每一个试验组观察6～8个不同浓度与不同时间处理不同植株的棉花根尖，每个制片统计约250个细胞。

2 结果与分析

2.1 不同浓度的乙草胺对棉花根尖细胞有丝分裂指数的影响

通过研究发现，乙草胺抑制棉花根尖细胞有丝分裂周期，影响细胞有丝分裂指数。由表1可知，乙草胺最低处理浓度为0.1 mg/L时，处理时间12 h 和24 h 的有丝分裂指数分别为8.46%和8.18%，均低于对照，且差异不显著。这说明低浓度的乙草胺对棉花根尖细胞有丝分裂的抑制作用不明显。当乙草胺浓度为0.1 mg/L时，处理48 h和72 h的有丝分裂指数分别为7.69%和6.58%，与对照之间存在极显著差异（p ＜0.01）。当乙草胺浓度为1.0 mg/L 时，与对照之间存在极显著差异（p ＜0.01），说明高浓度的乙草胺干扰细胞代谢过程，影响细胞有丝分裂数，降低细胞有丝分裂指数。

由试验结果可知，当处理时间固定不变时，乙草胺对棉花根尖细胞有丝分裂的抑制作用随着浓度的提高而增加。随着乙草胺毒性作用时间的延长，棉花根尖细胞有丝分裂指数逐渐降低，乙草胺处理时间越长，棉花根尖细胞有丝分裂指数越低。说明一定浓度的乙草胺对棉花根尖细胞的有丝分裂的抑制作用表现出乙草胺毒性的积累效应。

2.2 除草剂乙草胺对棉花根尖细胞染色体形态的影响

表1 乙草胺不同处理浓度与处理时间对棉花根尖细胞分裂指数与染色体形态的影响

用不同浓度的乙草胺对棉花根尖细胞进行处理，对根尖分裂细胞的染色体形态进行了仔细观察。用乙草胺处理棉花根尖细胞出现染色体畸变现象，畸变现象主要有染色体断片、染色体不均等分裂、染色体环、染色体黏连、染色体滞后等（图1）。

由表1可知，当乙草胺处理浓度为0.1 mg/L，处理12 h，没有观察到染色体畸变类型；当乙草胺浓度达到1.0 mg/L，处理时间12 h，染色体畸变率为1.38%，与对照之间存在显著差异（p ＜0.05）。处理24 h，乙草胺处理浓度为0.5 mg/L 时，染色体畸变率与对照相比差异显著（p ＜0.05），乙草胺处理浓度为1.0 mg/L时，染色体总畸变率达到2.54%。且与对照之间的差异极显著（p ＜0.01）。处理48 h，乙草胺处理浓度0.5 mg/L时，染色体畸变率与对照相比有显著差异（p ＜0.05）。

结果表明，经过不同浓度的乙草胺乳油处理后，棉花根尖分生组织的细胞在不同浓度、不同处理时间下，正常的有丝分裂受到了影响，随着乙草胺乳油处理时间的进一步延长和浓度的增加，出现不同程度的染色体畸变现象。如出现了微核、染色体断片、染色体黏连、染色体不均等分离、染色体桥等多种染色体畸变的类型。其中，染色体不均等分离其产生的原因主要是乙草胺干扰了纺锤体微细胞微管的正常形成，使得染色体不能正常移动两极，从而导致染色体的两极不等分离。

3 讨论

有丝分裂是高等植物生长发育中细胞增殖的主要方法，高等植物发生有丝分裂的部位是植物的根尖、茎叶的生长点及幼叶等生长部位的分生组织[10]。有丝分裂指数是体细胞分裂的频率和根尖生长速率的一个重要参数[11]。棉花根尖吸收乙草胺后根尖细胞染色体发生染色体畸变和细胞异常分裂，从而引起细胞分裂指数下降，抑制根尖生长。由于微核与棉花染色体的畸变效应具有明显的相关性，可作为一种反映染色体外源性畸变因素对细胞染色体的损伤效应强度的重要指标[12]。因此，微核的外源性试验已经成为了测定乙草胺对棉花根尖细胞畸变损伤效应的简便试验方法。棉花根尖细胞染色体数目较多，其根尖分生区细胞分裂旺盛，对环境诱变物的损伤较为敏感，微核效应比较容易观察[13]。

研究结果表明，乙草胺是内吸性酰胺类选择性除草剂，对植物根系具有抑制呼吸作用，干扰核酸和蛋白质的合成。而且在遗传上也造成DNA分子的严重损伤。

4 结论

在本试验条件下，乙草胺处理时间对棉花根尖细胞有丝分裂和染色体畸变的影响要比浓度更显著。0.1 mg/L乙草胺处理时间为12 h 和24 h时细胞分裂指数处于高水平，细胞染色体没有出现畸变现象。处理时间长，乙草胺的积累对染色体的毒性比较大，细胞有丝分裂指数降低，染色体畸变与对照相比有极显著差异。用2.0 mg/L浓度乙草胺处理72 h时后，细胞分裂指数与对照相比有极显著性差异，染色体畸变细胞比较多，畸变率达到最高水平。乙草胺随着处理浓度增加及时间的延长对棉花根尖细胞有丝分裂和染色体形态有抑制作用增加。因此，在棉花生产中使用乙草胺防除杂草，应掌握适宜的浓度，才能达到最佳除草效果。