硫酸銅對洋蔥根尖細胞有絲分裂影響的研究

摘要 采用不同濃度的硫酸銅溶液分別處理洋蔥根尖，觀察細胞有絲分裂。結果表明：在CuSO₄溶液濃度為0.065-1.000 g/L范圍內，能促進細胞的有絲分裂，其促進作用在0.125 g/L時達到最大值為8.59%，染色體畸變率在濃度為0.500g/L時達到最大值，此后隨著硫酸銅濃度的增加總染色體畸變率呈現明顯的下降趨勢。

關鍵詞 洋蔥 硫酸銅 有絲分裂指數 染色體畸變

中圖分類號 0943 文獻標識碼 A

銅是高等植物生長發育過程中的一種重要的微量元素，作為多種酶的組分之一，參與很多生理代謝過程，對作物的發育、品質、產量等有重要的影響。在農業生產上常用銅作微肥促進作物增產，在水產養殖中常用作殺菌劑，但其具有積累性，過量時會對動植物產生毒害作用，阻礙作物的生長，降低產品的質量。

目前對銅對生物影響的研究大多以植物為主，對植物的危害主要表現在：（1）對植物光合作用的光系統Ⅱ（PSⅡ）的影響；（2）抑制根系生長使根尖硬化并造成其超微結構的破壞；（3）造成膜通透性增大，使胞內物質外滲而虧缺；（4）對細胞分裂產生影響；（5）對植物體內的酶產生明顯的影響等。盡管已有的研究表明銅對植物有一定的毒害作用，但是，至今未見有關硫酸銅對洋蔥根尖細胞遺傳毒性的報道。因此，本實驗用洋蔥根尖細胞作測試系統，旨在探討不同濃度硫酸銅溶液對洋蔥根尖細胞有絲分裂的影響及其致畸效應，為進一步研究其對植物生長發育的影響規律提供依據。

1材料和方法

1.1實驗材料

購于超市的洋蔥，硫酸銅為上海綠源精細化工廠生產，為分析純，用蒸餾水分別將其配成濃度為0.065g/L、0.125 g/L、0.250 g/L、0.500g/L、1.000g/L和2.000 g/L的溶液。

1.2實驗方法

將洋蔥表面干枯的鱗片葉剝去，用刀片將下部干根削至與鱗片葉基部平齊，置于燒杯中用蒸餾水浸泡培養，適時換水。待根尖長到0.5cm左右時，分別用0.065g/L、0.125 g/L、0.250g/L、0.500g/L、1.000 g/L和2.000 g/L的CuSO₄溶液處理，處理時間為12、24、48 h，恢復培養12 h。對照組用蒸餾水處理，剪取根尖，用卡諾氏固定液（無水乙醇：冰醋酸=3：1）固定24 h，蒸餾水沖洗干凈后保存于75%乙醇中。制片時用解離液（95%乙醇：濃鹽酸=1：1）解離5min，蒸餾水漂洗10 min，0.01g/mL龍膽紫染液染色5 min，常規壓片后，顯微鏡下觀察、統計，每個處理至少觀察5個根尖，每個根尖約1 000個細胞。顯微攝像系統拍攝，統計相關數據，計算有絲分裂指數，觀察染色體畸變現象。

有絲分裂指數=（分裂期細胞數，觀察到的細胞總數）×100%。

染色體畸變率=（染色體畸變細胞數/分裂細胞數）×1000‰。

2結果與分析

2.1不同濃度硫酸銅溶液對洋蔥生長的影響

用不同濃度硫酸銅溶液對洋蔥根尖的培養發現，在溶液濃度為0.065-0.250g/L范圍內細胞都能正常生長，在濃度為0.500-2.000g/L范圍內48 h根尖能正常生長，隨著時間的延長，根尖逐漸變細變軟直至死亡，且洋蔥綠色葉片上出現明顯的皺褶，類胡蘿卜素含量相對增加，可能是因為銅離子濃度過大導致細胞內酶活性下降，使葉綠素含量降低所致。

2.2不同處理時間不同濃度硫酸銅溶液對洋蔥根尖細胞有絲分裂指數的影響

由表1看出：經12 h處理后與對照組相比，在0.065-1.000 g/L范圍內，均能促進洋蔥根尖細胞的有絲分裂，其促進作用在0.125 g/L時達到最大8.59%，以后隨濃度的升高，分裂指數反而下降。

細胞被處理24 h時分裂指數均稍有下降，但是仍能看出在0.125g/L時，分裂指數最大。當處理48 h時，有絲分裂指數較24 h有所回升，不僅說明細胞對硫酸銅有一個適應過程，同時也說明在一定濃度范圍內銅對植物生長有利。另外，隨著處理時間的延長有絲分裂指數整體上呈下降的趨勢，且濃度越大下降作用越明顯。結合表中數據不難看出，當溶液濃度大于0.500 g/L時，溶液濃度越大，對有絲分裂的抑制作用越強。

2.3不同濃度硫酸銅不同處理時間對洋蔥根尖細胞有絲分裂過程中染色體畸變率的影響

由表2可見：（1）處理12h時，隨濃度的增大，染色體畸變率增大；當處理24h和48h時在溶液濃度為0.065-0.500 g/L范圍內染色體畸變率不斷增大，且在0.500 g/L時達到最大值分別為11.8±1.30和13.8±0.84；在0.500-2.000 g/L范圍內隨著溶液濃度的增大染色體畸變率降低。

（2）高濃度的硫酸銅（>0.065g/L）有明顯的誘發染色體畸變的作用。組2染色體畸變率與組1相比較則差異不明顯，組3-7畸變率明顯高于組1（P<0.001），且總畸變率隨著濃度的增加而增大，在0.500g/L時達到最大值，此后隨濃度的增加總染色體畸變率下降。這可能是因為較高濃度的硫酸銅不僅導致染色體畸變的產生，而且有效的阻止該細胞內紡錘絲微管蛋白的聚合作用而使細胞滯留在分裂期。

2.4硫酸銅對有絲分裂的影響

硫酸銅可使分生區細胞產生多種類型的染色體畸變（圖1），包括微核、染色體斷片、染色體粘連、染色體橋、解螺旋不同步等，在細胞周期的前期、中期、后期及末期均發現異常現象。

（1）前期主要表現為前期微核（圖1-11），是由上一周期有絲分裂過程中染色體受損或染色體活動異常而形成的。

（2）中期表現在以下幾個方面：①染色體斷片（圖1-2），斷片是本次有絲分裂過程中染色體受損或染色體活動異常而造成的；②個別染色體活動異常未及赤道面（圖1—3，圖1-4）；③由于染色體活動異常而導致赤道面上的染色體分組（圖1-5），此類細胞在后期將出現多極現象以及導致末期合胞體的形成。

（3）后期有：①染色體粘連和不同步（圖1-6）；

②染色體粘連（圖1-7）；

③染色體的多極分布，經硫酸銅處理的洋蔥根尖細胞有絲分裂后期出現了不均等的四極分布（圖8）；

④染色體橋，其出現是細胞分裂異常和染色體畸變的主要特征之一，是由于染色體斷裂再融合形成雙著絲粒和無著絲粒的染色體斷片的結果（圖1-9，圖1-10）。

（4）末期的異常情況主要有微核（圖1-11）、滯留染色體、染色體橋、染色體解螺旋異常以及合胞體等。原因分別是：①末期的微核（圖1-12）可能是上次有絲分裂過程中形成，也可能是本次有絲分裂過程中由于染色體解螺旋不同步而造成的（圖1-13）；②由于后期出現了不均等的多極異常分布，以及個別染色體受損或染色體活動異常，從而導致合胞體的形成（圖1-14），以及多核現象（圖1-15）。

3思考與討論

在本實驗中采用不同濃度的硫酸銅溶液分別處理洋蔥根尖，并觀察細胞有絲分裂。結果表明：隨著溶液濃度的增加（0.065g/L、0.125g/L、0.250g/L、0.500g/L、1.000 g/L和2.000 g/L）及處理時間的延長（12、24、48 h），在CuSO₄溶液濃度為0.065-1.000 g/L范圍內，能促進細胞的有絲分裂，其促進作用在0.125 g/L時達到最大值為8.59%，以后隨著溶液濃度的升高，分裂指數降低。染色體畸變率也隨著溶液濃度的增加而增大，當濃度為0.500 g/L時達到最大值，此后隨著硫酸銅濃度的增加總染色體畸變率呈現明顯的下降趨勢。

洋蔥根尖經高濃度硫酸銅處理表現之一為有絲分裂指數下降，主要原因可能是硫酸銅的毒害作用超過了植物自身的保護作用，降低了核酸酶活性，使DNA合成速率變慢，延長分裂間期；或與DNA結合、造成DNA的交聯、阻礙了DNA復制的順利進行。由于細胞進入S期需要足夠的觸發蛋白，硫酸銅處理也可能影響了細胞觸發蛋白的合成。本研究還發現：洋蔥根尖細胞有絲分裂過程中染色體畸變率隨硫酸銅濃度和染毒時間的增加而增加。細胞經化學藥物的作用易導致分裂過程中滯留染色體形成落后染色體、染色體橋、微核等畸變現象。在本實驗中硫酸銅對植物有絲分裂的影響已得到充分證實，而對高等植物減數分裂及對植物其他生理、生化過程的影響和是否會通過食物鏈或其他途徑危害人類的健康等問題也應當引起人們高度重視。