硒鎘對(duì)番茄根尖細(xì)胞的遺傳學(xué)效應(yīng)

陳玥伶，陳德碧

(重慶文理學(xué)院林學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，重慶 永川 402168)

硒鎘對(duì)番茄根尖細(xì)胞的遺傳學(xué)效應(yīng)

陳玥伶，陳德碧

(重慶文理學(xué)院林學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，重慶 永川 402168)

為研究硒鎘聯(lián)合作用對(duì)番茄根尖細(xì)胞遺傳學(xué)效應(yīng)，用不同硒濃度和100μmol/L鎘聯(lián)合處理番茄根尖24 h、48 h、72 h、96 h，統(tǒng)計(jì)有絲分裂指數(shù)、染色體畸變率和微核率.結(jié)果表明:單一鎘處理時(shí)番茄根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)下降，染色體畸變率和微核率增加，且隨時(shí)間的延長(zhǎng)而毒害加深.硒鎘處理時(shí)，硒濃度低于1.0μmol/L時(shí)番茄根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)增加，染色體畸變率和微核率下降，高于1.0μmol/L時(shí)番茄根尖細(xì)胞有絲分裂下降，染色體畸變率和微核率升高，但濃度過(guò)高時(shí)，微核率隨著鎘處理時(shí)間的延長(zhǎng)反而有所降低，表現(xiàn)出低濃度硒對(duì)鎘的毒害有緩解作用，高濃度硒與鎘協(xié)同毒害作用.

硒;鎘;番茄;根尖;有絲分裂;染色體畸變;微核

鎘(Cd)是常見(jiàn)的重金屬污染物，隨著工業(yè)快速發(fā)展，鎘對(duì)農(nóng)田土壤、植物的污染日益嚴(yán)重.鎘對(duì)植物生長(zhǎng)的污染主要表現(xiàn)在生長(zhǎng)遲緩、植株矮小、褪綠、光合強(qiáng)度下降、保護(hù)性酶發(fā)生變化等［1-3］.曹德菊［4］、何俊瑜［5］分別對(duì)蠶豆、小麥的研究指出，Cd進(jìn)入植物體后大部分積累在根部，嚴(yán)重抑制根系細(xì)胞分裂，誘發(fā)染色體畸變.硒(Se)是動(dòng)物和人體必需的微量元素，適量的硒能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，改善作物的品質(zhì)，增強(qiáng)作物的抗逆性，抵抗重金屬的毒害［6，7］.陳平等［8］研究了Se對(duì)Cd脅迫下水稻幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響，結(jié)果表明Se可減輕 Cd對(duì)水稻的毒害.Zhang G P等［9］發(fā)現(xiàn)，提高溶液中硒的水平，能明顯降低植物體內(nèi)的鎘濃度.石貴玉［10］指出，在鎘脅迫下加硒后則延緩羅漢果組培苗葉綠素下降，促進(jìn)光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)上升，降低葉片胞間CO2濃度(Ci).有關(guān)硒鎘聯(lián)合作用對(duì)番茄根尖細(xì)胞的遺傳學(xué)效應(yīng)還未見(jiàn)報(bào)道.本文以番茄為試驗(yàn)材料，分析不同硒濃度對(duì)鎘脅迫下番茄根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)、染色體畸變率和微核率的影響，旨在探討硒離子與鎘離子對(duì)植物細(xì)胞染色體遺傳學(xué)效應(yīng)，同時(shí)揭示硒對(duì)重金屬鎘的的拮抗作用，以期為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)減輕鎘毒害、培育耐鎘富硒番茄品種提供參考.

1 材料與方法

1.1 番茄根的培養(yǎng)

“903”大紅番茄種子，購(gòu)于重慶市永川區(qū)種子公司.挑選飽滿、大小均勻的種子，用 5﹪NaClO消毒10 min，浸泡一天后，均勻鋪在2層濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿30粒種子，置于培養(yǎng)箱中25℃ 恒溫培養(yǎng)，每天早晚各換一次水.當(dāng)根長(zhǎng)至1.5 cm左右時(shí)用100μmol/L氯化鎘溶液對(duì)番茄幼苗根尖進(jìn)行染毒處理，同時(shí)分別加入等體積的0.5、1.0、5.0、10、20 μmol/L 的亞硒酸鈉溶液，去離子水和單鎘處理作為對(duì)照.

1.2 取材固定

在處理期間，隔 24、48、72、96 h 隨機(jī)切取根尖，蒸餾水清洗3～4次，再用改良的Carnoy固定液在4℃下固定24 h;然后轉(zhuǎn)入70﹪的乙醇中放入4℃冰箱下保存.

1.3 制片鏡檢

制片時(shí)先取出保存的根尖，用蒸餾水沖洗3～4次，加入 0.1 mol/L的 HCl，60 ℃水解 20 min.水解后將根尖用蒸餾水清洗3～4次，然后切取根尖分生區(qū)3 mm左右放置于載玻片上，用改良的苯酚品紅染色液染色25～30 min，常規(guī)壓片后鏡檢細(xì)胞的有絲分裂、染色體［11］.

2 結(jié)果與分析

2.1 硒鎘對(duì)番茄根尖細(xì)胞有絲分裂的影響

由圖1可知，單一鎘處理番茄根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)顯著低于對(duì)照，表明鎘對(duì)番茄根尖細(xì)胞有絲分裂具有明顯的抑制效應(yīng)，且下降程度隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加.硒鎘處理，同一時(shí)間比較，番茄根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)隨硒濃度增大而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，硒濃度低于1.0μmol/L時(shí)，番茄根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)有所升高.0.5 μmol/L 硒處理番茄根尖 24、48、72、96 h 時(shí)根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)均高于單一Cd處理組，但未達(dá)到去離子水對(duì)照組的水平;當(dāng)硒濃度為1.0μmol/L時(shí)各處理組均高于同一時(shí)間鎘處理組和去離子水對(duì)照組，分別是鎘處理組的34.07﹪、48.91﹪、97.35﹪、180.39﹪，是去離子水對(duì)照組的 1.20﹪、0.89﹪、1.36﹪、19.7﹪，當(dāng)硒濃度高于1.0μmol/L時(shí)，處理24 h、48 h時(shí)番茄根尖細(xì)胞的有絲分裂數(shù)指數(shù)與單一鎘處理差異不顯著，處理72 h、96 h時(shí)高于單一鎘處理，但遠(yuǎn)低于對(duì)照，表明硒對(duì)鎘脅迫下番茄根尖有絲分裂有不同程度的緩解作用.緩解效果最好的是硒濃度為1.0μmol/L，處理時(shí)間為24 h.

圖1 硒鎘對(duì)番茄根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響

2.2 硒鎘對(duì)番茄根尖細(xì)胞染色體畸變的影響

由圖2可知，單一鎘處理蕃茄根尖細(xì)胞染色體畸變率顯著高于對(duì)照，且隨時(shí)間的延長(zhǎng)表現(xiàn)出畸變率增大.硒鎘一起處理時(shí)，當(dāng)硒濃度為0.5和1.0μmol/L，同一時(shí)間，染色體畸變率都顯著低于單一鎘處理，但隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加.1.0 μmol/L Se濃度處理番茄幼苗根尖 24、48、72、96 h時(shí)細(xì)胞染色體畸變率與單一鎘處理比較下降到最低，分別下降為單一鎘處理的31.57﹪、31.26﹪、20.71﹪、21.19﹪，表明低濃度對(duì)番茄幼苗鎘毒害有緩解作用.當(dāng)Se濃度為5.0μmol/L時(shí)蕃茄根尖細(xì)胞染色體畸變率高于單一鎘處理，表現(xiàn)出硒鎘協(xié)同毒害.但當(dāng)Se濃度為20μmol/L，時(shí)間達(dá)成72、96 h時(shí)染色番茄根尖細(xì)胞染色體畸變率陡然下降，這可能是受硒鎘協(xié)同抑制作用強(qiáng)烈，番茄根的生長(zhǎng)受到極大抑制，細(xì)胞分裂活動(dòng)很弱，處于分裂期細(xì)胞明顯比其他處理減少所導(dǎo)致.

圖2 硒鎘對(duì)番茄幼苗根尖細(xì)胞染色體畸變率的影響

2.3 硒鎘對(duì)番茄根尖細(xì)胞微核率的影響

微核是真核細(xì)胞中的一種異常結(jié)構(gòu)，往往是細(xì)胞經(jīng)輻射或化學(xué)藥物作用而產(chǎn)生，如圖3可見(jiàn)，Cd單一處理，番茄幼苗根尖細(xì)胞微核率顯著高于對(duì)照組，表現(xiàn)出毒害作用且隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增大.與單一鎘比較，硒鎘處理隨著硒濃度的增加細(xì)胞微核率表現(xiàn)出先下降再上升、然后下降的趨勢(shì).1.0μmol/L Se濃度處理番茄幼苗根尖24、48、72、96 h 時(shí)，細(xì)胞微核率與單一鎘處理相比分別下降 33.82﹪、50.15﹪、47.76﹪、20.75﹪，與去離子水對(duì)照相比 24、48 h 增加7.44﹪、1.32﹪，72、96 h 下降 2.63﹪、1.39﹪.當(dāng)硒濃度為5.0μmol/L處理時(shí)，微核率顯著高于單一的鎘處理，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，但硒濃度高于10μmol/L時(shí)微核率陡然下降.這可能受高濃度的硒和鎘的疊加毒害作用，引起蕃茄根尖細(xì)胞反應(yīng)性降低或者抑制了細(xì)胞分裂甚至造成細(xì)胞的死亡而致，與朱志梅等［12］研究的Hg2+對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞的微核率的影響結(jié)果一致.

圖3 硒鎘對(duì)番茄根尖細(xì)胞微核率的影響

3 討論

硒作為人體必需元素，參與多種酶的催化反應(yīng)及部分輔酶和蛋白質(zhì)合成等代謝過(guò)程，有增強(qiáng)機(jī)體免疫力，拮抗多種致癌、致突變化合物和有毒重金屬元素的毒性等功能.低濃度硒對(duì)鎘的緩解作用可能是形成了絡(luò)合物，減少了游離的鎘離子含量，降低了鎘的毒害.另外，朱善良［7］指出硒具有一定的遺傳損傷防護(hù)作用，促進(jìn)受損的DNA的修復(fù).本研究結(jié)果表明，100μmol/L的Cd脅迫下番茄幼苗根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)顯著下降，誘發(fā)較高頻率的染色體畸變和微核的形成，嚴(yán)重影響番茄幼苗根尖的生長(zhǎng)，并隨時(shí)間的延長(zhǎng)而加劇.當(dāng)不同濃度硒與100μmol/L的 Cd共同處理培養(yǎng)時(shí)，明顯表現(xiàn)出低濃度硒對(duì)鎘脅迫下蕃茄根尖遺傳毒害效應(yīng)有所緩解，高濃度硒會(huì)加劇染色體畸變和微核的形成，具有一定的劑量與時(shí)間效應(yīng).這與高揚(yáng)［13］、陳錦［14］等研究硒鉛混合液對(duì)大蒜根尖有絲分裂、對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞微核的影響結(jié)果相似.硒元素具有雙重的作用，低濃度時(shí)對(duì)植物有益，高濃度表現(xiàn)出對(duì)植物的毒害作用.本實(shí)驗(yàn)中，低濃度硒對(duì)鎘脅迫下的緩解作用，可能是誘導(dǎo)重金屬離子形成了一種絡(luò)合物，減少了游離的重金屬離子，降低重金屬離子的遺傳毒害，促進(jìn)由鎘毒害引起的DNA的修復(fù).另外，硒可提高谷胱甘肽過(guò)氧化物酶活性，起到抗氧化損傷的作用;高濃度硒與鎘或直接作用于DNA分子，造成 DNA損傷斷裂，或復(fù)合干擾了DNA和相關(guān)蛋白質(zhì)的合成、RNA的轉(zhuǎn)錄，或干擾了染色體某些損傷的正常修復(fù)過(guò)程，從而導(dǎo)致對(duì)蕃茄根尖細(xì)胞的協(xié)同遺傳毒害.本研究只針對(duì)硒、鎘復(fù)合對(duì)番茄根尖生長(zhǎng)發(fā)育遺傳毒理學(xué)方面作了一些探討，實(shí)際上在土壤中存在多種元素，還須進(jìn)一步研究硒與土壤—植物系統(tǒng)中其它元素的相互作用，以及這種相互作用對(duì)植物吸收鎘的影響，深入了解生態(tài)環(huán)境中硒、鎘及其它元素相互作用效果，以尋求最佳施硒量，提高作物品質(zhì).

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(責(zé)任編輯 穆 剛)

Genetic effect of Selenium and Cadm ium on Root Tipcell of Tomato

CHEN Yueling，CHEN Debi

(College of Forestry and Life Science，Chongqing University of Arts and Sciences，Yongchuan Chongqing 402168，China)

To study the genetic effect of selenium and cadmium on root tip cell of tomato，the root tipswere exposed to selenium at different concentrations and 100 μmol/L cadmium for 24 h，48 h，72 h，96 h.The mitosis index，the frequency ofmicronucleus and chromosomal aberrationswere counted.The results showed that themitotic index decreased，the frequency ofmicronucleus and chromosomal aberration increased under the 100 μmol/L Cd stress，however，itwas enhanced with treatment duration.When the concentration of Se was not higher than 1.0 μmol/L，the mitotic index increased，the frequency ofmicronucleus and chromosomal aberration decreased，when the concentration of Se was higher than 1.0 μmol/L，the mitotic index decreased，the frequency ofmicronucleus and chromosomal aberration increased first then decreased.Se at lower concentration could alleviate the toxicity broughtby Cd in the rootof Tomato，but Se athigher concentration could enhance this toxicity.

Se;Cd;tomato;root tip;Mitosis;chromosomal aberrations;micronucleus

S641.2

A

1673-8004(2014)05-0112-04

2014-03-02

重慶文理學(xué)院學(xué)生科技研究資助項(xiàng)目(XZ20110039).

陳玥伶(1990-)，女，云南昆明人，主要從事細(xì)胞遺傳學(xué)方面的研究.

陳德碧(1968-)，女，重慶人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，碩士，主要從事植物生理生態(tài)方面的研究.