钙对铅胁迫下蚕豆根尖细胞微核率和染色体畸变率的影响研究

2022-03-30张英慧刘君

种子科技 2022年3期

关键词：蚕豆

张英慧刘君

摘要：为了研究铅、钙复合处理对蚕豆根尖细胞微核和染色体畸变的影响，采用2.5×10-4 mol/L PbCl2和不同浓度的CaCl2溶液培养蚕豆种子，以蒸馏水培养作为对照，培养4～7 d后，每天随机取根尖固定、染色、压片后镜检，观察微核和染色体畸变，计算微核率和染色体畸变率。研究结果表明，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2能有效消除蚕豆的铅中毒症状，降低微核率和染色体畸变率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2的效果非常明显。但CaCl2浓度过高，不利于去毒害，尤其是2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2会抑制蚕豆根生长，降低根尖细胞有丝分裂指数。研究认为，CaCl2在一定浓度范围能有效消除蚕豆的铅中毒症状，降低蚕豆根尖细胞的微核率和染色体畸变率。

关键词：铅;钙;蚕豆;微核;染色体畸变

文章编号：1005-2690（2022）03-0007-03 中国图书分类号：Q243 文献标志码：B

铅及其化合物有毒，会造成大气、土壤、水体污染，是对人类和生物影响较大的重金属元素之一。铅是植物的非必需元素。铅与植物接触后会对植物产生一定的毒害作用，对根系的影响尤为显著，轻则使植物体内的代谢过程发生紊乱，生长发育受到抑制，重则导致植物死亡[1]。

蚕豆产量高、营养丰富，且能结瘤固氮，提高土壤肥力，是一种重要的豆科作物。钙在植物生长发育中具有重要作用，也有多种生理功能，其在植物抗逆性中的作用越来越被人们所重视[2-3]。在施加10 mg/L 鎘的土壤中增施CaO能降低白菜根和叶片中的镉含量，并可提高白菜产量[4]。

铅对蚕豆的毒性效应已有所研究[5]，针对钙是否能在铅中毒的蚕豆种子生长过程中发挥解毒作用或者拮抗作用，通过检测微核率和染色体畸变率进行了这一研究。

1 材料与方法

1.1 材料

供试蚕豆品种为成胡15（Vicia faba，2n=12），购自成都丰源种苗有限公司。

1.2 试验方法

蚕豆种子经0.5%次氯酸钠（分析纯，购自北京北化精细化学品有限责任公司）表面消毒，蒸馏水洗净，分别在2.5×10-4 mol/L PbCl2溶液以及1×10-3 mol/L、5×10-3 mol/L、1×10-2 mol/L、2.5×10-2 mol/L、4×10-2 mol/L CaCl2（分析纯，购自温州市化学用料厂）+2.5×10-4 mol/L PbCl2（分析纯，购自温州市化学用料厂）溶液中进行水培，以蒸馏水培养作为对照。每组培养200粒蚕豆，每组用8个培养皿，每皿25粒，培养时间为7 d。培养4～7 d，每天定时从每组中随机取出两个培养皿蚕豆，逐一测量根长，然后切取根尖，用改良Carnoys固定液室温固定，0.1 mol/L盐酸解离，改良苯酚品红染色、压片，在Nikon FX-35WA光学显微镜下观察蚕豆根尖分生组织区细胞有丝分裂，每组观察8个根尖，每个根尖观察500个以上细胞（每组共观察4 000个以上细胞），观察微核和染色体畸变，并计算微核率和染色体畸变率。用Origin软件分别对微核率和染色体畸变率进行T检验。

2 结果与分析

2.1 铅、钙复合处理对蚕豆根尖细胞微核率的影响

铅、钙复合处理对蚕豆根尖细胞微核率的影响如表1所示。

培养第四天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比降低了微核率，尤其是5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组效果非常显著，其微核率与蒸馏水组相当;2.5×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比也降低了微核率，4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组的微核率远远低于PbCl2处理组。试验结果说明，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2具有很好的去铅毒害作用，而CaCl2浓度继续增大则不利于去铅毒害。2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组的微核率很低，不仅远低于Pb2+处理组，甚至低于蒸馏水组，但这并不能简单地说明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2就有很好的去铅毒害作用，因为微核率、染色体畸变率还与有丝分裂指数有一定的关系。在前期研究中，2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2抑制蚕豆根生长，降低根尖细胞有丝分裂指数，在较低的细胞分裂水平下不能正确反映微核率和染色体畸变率应有的水平[6]。

培养第五天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比降低了微核率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组效果非常显著，具有很好的去铅毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比也降低了微核率，但并不说明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去铅毒害作用，原因同前。

培养第六天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比降低了微核率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组效果非常显著，具有很好的去铅毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比也降低了微核率，但并不说明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去铅毒害作用，原因同前。

培养第七天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比非常显著地降低了微核率，具有很好的去铅毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组也降低了微核率，但并不说明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去铅毒害作用，原因同前。

2.2 铅、钙复合处理对蚕豆根尖细胞染色体畸变率的影响

铅、钙复合处理对蚕豆根尖细胞染色体畸变率的影响如表2所示。

培养第四天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比降低了染色体畸变率，1×10-3 mol/L CaCl2效果显著，5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2效果非常显著，其中5×10-3 mol/L CaCl2+PbCl2处理组的染色体畸变率与蒸馏水组相当，具有很好的去铅毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组虽然也降低了染色体畸变率，但并不说明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去铅毒害作用，原因在于染色体畸变率和有丝分裂指数有一定关系。

培养第五天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比降低了染色体畸变率，具有去铅毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组虽然也降低了染色体畸变率，但并不能说明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去铅毒害作用，原因同前。

培养第六天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组与PbCl2处理组相比降低了染色体畸变率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组效果非常显著，具有很好的去铅毒害作用，2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组虽然也降低了染色体畸变率，但并不能说明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去铅毒害作用，原因同前。

培养第七天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理组与PbCl2处理组相比降低了染色体畸变率，其中，5×10-3 mol/L CaCl2效果显著，1×10-2 mol/L CaCl2效果非常显著，具有很好的去铅毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2处理组虽然也降低了染色体畸变率，但并不能说明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去铅毒害作用，原因同前。

3 讨论

在利用细胞遗传毒理学进行检测时，必须保证测试材料具有一定的细胞分裂水平，这是检测的必要条件。Zhou和Lin（1998）在液培条件下发现，随营养液中钙浓度增加，玉米幼苗镉含量下降。Andersson和Nilsson（1974）[7]认为，钙可以与镉竞争植物根系上吸收位点，抑制植物对重金属的吸收。席玉英等（1994）[8]研究了钙、锌对玉米幼苗吸收镉、铅的影响发现，在锌浓度20 mg/L、钙浓度400 mg/L的处理条件下，随着镉、铅浓度增加，锌对镉、铅吸收的抑制作用未减弱，其中锌的抑制作用变化不大，而钙的抑制作用则随着镉、铅浓度的增加而逐渐增大，由此认为钙、锌对镉、铅吸收和运输的抑制作用并不是简单通过离子之间对细胞膜上离子载体或组织内运输载体的竞争而产生的，而是通过一些更为复杂的机理进行的。大多数学者认为，在植物中，钙拮抗镉的作用可能是钙能竞争性抑制镉吸收，从而减少镉的毒害作用[9-10]。体外试验发现，与钙半径相近的镉和铅等重金属离子具有取代或置换钙的作用，产生生物效应[11]。

本研究结果表明，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2能有效消除蚕豆铅中毒症状，促进蚕豆根生长，提高根尖细胞有丝分裂指数，降低微核率和染色体畸变率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2的效果非常明显。CaCl2浓度增大，不利于去毒害，尤其是4×10-2 mol/L CaCl2加深了铅的毒害作用，抑制蚕豆根生长，降低根尖细胞有丝分裂指数，虽然降低了微核率和染色体畸变率，但这并不能简单地说明4×10-2 mol/L CaCl2具有去铅毒害的作用，原因在于在很低的细胞分裂水平下不能正确地反映染色体畸变应有的水平[12]。

钙是一种廉价的调节剂，深入研究钙对重金属污染物的拮抗作用，对于充分利用和改造被重金属污染的土壤、提高植物的抗性和保护环境都具有重要的意义[13-15]。

参考文献：

[1]张英慧.Ca2+对蚕豆种子萌发及根生长的影响[J].安徽农业科学，2011，39（10）：5713-5714.

[2]Kauss H.Some aspects of calcium-dependent regulation in plant metabolism[J].Annual Review of Plant Physiology，1987，

38（1）：47-71.

[3]梁颖，王三根.Ca2+对低温下水稻幼苗膜的保护作用[J].作物学报，2001，27（1）：59-63.

[4]陈清朗，缪有贵，任继凯，等.土壤镉污染与作物[J].植物生态学报，1982，6（2）：131-141.

[5]王昱，朱宇熹.微核的研究及应用[J].重庆医学，2003，32（5）：617-619.

[6]Fererick J de Serres.Chemical Mutagens[M].London：Pergmon Press，1986：330-338.

[7]Andersson A，Nilsson K O.Influence of lime and soil PH on Cd availability to plantss[J].Am. Bio.，1974（3）：198.

[8]席玉英，郭栋生，宋玉仙，等.钙、锌对玉米幼苗吸收镉、铅的影响[J].山西大学学报（自然科学版），1994，17（1）：101-103.

[9]Ross SM.Toxic Metals in soil-plant systems[M].Chichester：John Wiley & Sons Ltd，1994：104-108.