利用植物微核技術探究環境污染狀況的實驗設計

“探究水質污染程度與生物細胞微核率高低的關系”是蘇教版生物必修2《遺傳與進化》中的一個探究課題，上海《生命科學》教材高中試用本第3冊中也有類似的實驗。中學階段開設該實驗可以讓學生更好地理解環境因子對細胞變異的影響，并能緊密聯系環境問題，具有現實意義。但由于種種原因，目前在中學開展本實驗的還很少。本文針對該實驗進行了初步探索，以期為中學開展該實驗提供一些借鑒。

1.實驗原理

微核是指獨立于細胞核外的圓形、橢圓形或無規則的小核，其直徑小于細胞核的1/3，可以是染色體斷片，也可以是整條染色體。自然狀態下，生物體產生微核的概率很小，在某些有害理化因素的影響下，微核的產生率會大大增加。當這些有害因素損傷真核細胞的遺傳物質時細胞核中的染色體會發生斷裂時，這些染色體片段不能隨有絲分裂進入子細胞，留在細胞質中，就構成了微核。

微核是常見的遺傳毒理學指標之一，指示染色體或紡錘體的損傷。由于這種損傷會因細胞受到的外界誘變因子作用的加劇而加劇，而微核產生的數量又可與誘變因子劑量的多少有關系，因此可用微核出現的頻率來評價環境誘變因子對生物遺傳物質的損傷程度。通常計算微核數目的多少用微核千分率MCN(平均每千個細胞出現微核的細胞個數)來表示。蠶豆根尖微核實驗具有準確、快速、操作簡便、有明顯劑量一效應關系、適合大批量樣品檢測等優點，在環境監測中應用廣泛。

2.實驗材料

微核實驗通常使用蠶豆做實驗材料，采用市售本地青皮豆。實驗選大小均勻、飽滿、表面光滑的個體。

3.實驗過程

①蠶豆萌發。蠶豆用24℃用自來水浸泡36小時，濕紗布包裹催芽36小時。選已發芽的蠶豆放入墊有濕脫脂棉的培養皿中培養36小時。其間每12小時用水沖洗1次，換水培養。在發芽良好的種子中選擇根長整齊一致，根長約1.5—2.0 cm的蠶豆隨機分組。

②誘變劑配制。用蒸餾水將四氯乙烯(污水中常見的一種持久性有機污染物)分別配制成0.1mg／L、1mg／L、10mg／L、100mg／L的溶液。

③蠶豆根尖細胞微核試驗。把選好的蠶豆幼苗根部插入打孔的塑料板孔中，置25℃下用四氯乙烯溶液培養48小時后取下幼苗，隨后倒去試劑，于25℃用蒸餾水修復培養22小時。切取蠶豆根尖，解離、染色、壓片方法參照植物細胞有絲分裂觀察實驗，鏡檢，每組觀察4000左右細胞，統計微核千分率MCN‰。整個實驗過程以蒸餾水作對照。

4.實驗結果與分析

如表1顯示，蠶豆根尖微核數、微核率均隨試劑濃度的升高而增加，蠶豆根尖微核率和四氯乙烯濃度之間均呈明顯的劑量效應關系。顯著性檢驗顯示，處理組微核數、微核率與對照組差異顯著(P<0.5)，部分處理組顯著性差異為極顯著(P<0.01)。微核實驗結果表明：一定濃度的四氯乙烯能夠誘發根尖微核細胞數增加，且呈現劑量效應關系，說明在一定的濃度范圍內，用蠶豆根尖細胞微核實驗技術，能夠監測環境中的四氯乙烯污染。

表1四氯乙烯對蠶豆根尖微核誘變效應顯著性分析P<0.01 P<0.01

5.教學建議

本實驗作為一個探究性實驗，時間跨度相對較長，建議教師實驗前先將學生分為若干組，教師可提供一些背景資料或由學生搜集一些資料，進行分組討論，結合本地區情況，嘗試提出自己感興趣的問題并作出合理假設，每組研究的角度、控制的變量可以不同。例如，可以從處理時間、換用不同實驗材料(如洋蔥、吊蘭)、換用其它理化因子(如洗潔精、肥皂、硫酸銅、造紙廠廢水、廢電池、煙絲浸出液)等角度指導學生進行探究。這樣，一方面可以提高學生的探究能力，另一方面也可以拓寬學生的視野，同時實驗的結果和現象可以向學生展示保護環境的緊迫性和重要性，使學生得到潛移默化的教育。

(責任編輯 付淑霞)