鈣對鉛脅迫下玉米根尖的解毒效應(yīng)

楊麗娟　顧地周　欒志慧　郭志欣　蔡麗艷　陳美芙　吳培　張峰

摘要：以通單248玉米種子為試驗材料，研究鈣對鉛脅迫下玉米根尖的解毒效應(yīng)。首先用硝酸鉛水溶液對玉米根尖細(xì)胞染毒，確定0.05g/L硝酸鉛水溶液對玉米根尖細(xì)胞的染毒作用顯著；再用不同濃度的硝酸鈣水溶液分別與0.05g/L硝酸鉛水溶液混合，以復(fù)合物處理玉米根尖，進(jìn)行為期4、5、6、7d的試驗，觀察玉米根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)、染色體畸變率、微核率。結(jié)果顯示：鈣在0.1～1.0g/L范圍內(nèi)能緩解鉛的毒性，有利于玉米根尖細(xì)胞有絲分裂的進(jìn)行；但當(dāng)鈣的濃度超過1.0g/L時反而增加了鉛的毒性效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：有絲分裂指數(shù)；染色體畸變；微核率；玉米；鈣；鉛；解毒；根尖

中圖分類號：Q948.116 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1002-1302（2015）05-0075-02

隨著我國工業(yè)化和經(jīng)濟化水平的日益提高，許多重金屬含量也接近臨界值或超標(biāo)。其中鉛是一種毒性很大的重要污染重金屬，廣泛存在于生存環(huán)境中，不僅影響作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且影響了人類健康。鈣是土壤中最豐富的元素之一，是植物生長發(fā)育的必需元素，參與大多數(shù)細(xì)胞生理代謝活動，適量的鈣有助于植物生長。目前，張英慧等已經(jīng)研究了某些重金屬對植物的影響，但關(guān)于鈣對鉛脅迫下玉米根尖細(xì)胞的解毒作用還未見報道。本研究探討了不同濃度的硝酸鈣對硝酸鉛脅迫下玉米根尖的解毒效應(yīng)，旨在為農(nóng)業(yè)中鈣鹽的使用、土壤凈化以及提高植物抗性提供參考。

1.材料與方法

1.1試驗材料

試驗用玉米種子為通單248。

1.2試驗方法

首先用5組濃度Pb（NO3）：水溶液（0.01、0.03、0.05、0.08、0.10g/LPb2+）浸種、培養(yǎng)，取根尖壓片，觀察有絲分裂指數(shù)、染色體畸變率、微核率，研究不同濃度硝酸鉛水溶液對玉米根尖細(xì)胞染毒效果，得出當(dāng)濃度為0.05g/LPb2+“時對玉米根尖細(xì)胞的染毒作用顯著。

選取籽粒飽滿、大小均一、無損傷的玉米種子，沖洗、濾干、消毒后置于蒸餾水中浸種24h，使種子吸水膨脹。取培養(yǎng)皿，底層鋪墊2層濾紙，用配制好的5組濃度藥品（0.05g/LPb2+0.1g/LCa2+、0.05g/LPb2++0.5g/LCa2+、0.05g/LPb+1.O∥LCa2+、O.05g/LPb2++2.5g/LCa2+、0.05g/LPb2++5.0g/LCa2+）完全浸濕種子，將浸泡后的玉米種子鋪在濾紙上，種子上鋪2層紗布，早晚各換1次供試藥品溶液，同時設(shè)置蒸餾水、0.05g/L硝酸鉛2組對照組，每個濃度設(shè)3次重復(fù)。于25℃培養(yǎng)使種子發(fā)芽，隨即選取培養(yǎng)4、5、6、7d的發(fā)芽種子，切取根尖5～10mm，用蒸餾水沖洗數(shù)次，再用卡諾固定液室溫固定20～24h，加入0.1mol/L鹽酸解離12min，至根尖呈乳白半透明狀時取出；滴加適量改良石炭酸品紅染液染色2～3h，常規(guī)壓片后鏡檢并拍照。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

每個試驗組觀察3個根尖，每個根尖觀察約1000個細(xì)胞，使所觀察的細(xì)胞總數(shù)在3000個以上，利用中科組織細(xì)胞分析診斷圖文報告系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)。統(tǒng)計玉米根尖細(xì)胞的有絲分裂數(shù)、染色體畸變數(shù)、微核數(shù)，并計算細(xì)胞有絲分裂指數(shù)、染色體畸變百分率、微核千分率。參考杜榮騫的方法對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，利用Office辦公軟件Excel2003，通過t檢驗檢測不同試驗組與對照組之間的差異顯著性。

2.結(jié)果與分析

2.1鉛、鈣復(fù)合物對玉米根尖細(xì)胞有絲分裂的影響

由表1可知：與鉛對照組相比，鉛、鈣復(fù)合物的各處理組均降低了玉米根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)，其中0.05g/LPb2+1.0g/Lca2+處理組在處理7d時與蒸餾水對照組的畸變率相近，因此認(rèn)為0.05∥LPb2++1.0g/LCa2+處理組具有很好的去除鉛毒害的作用。

2.2鉛、鈣復(fù)合物對玉米根尖細(xì)胞染色體畸變率的影響

由表2可知：與鉛對照組相比，鉛、鈣復(fù)合物的各處理均降低了玉米根尖細(xì)胞染色體的畸變率，其中0.05g/LPb2++1.0g/Lca2+處理6～7d時與蒸餾水對照組的畸變率相近，因此認(rèn)為0.05g/LPb2++1.0g/LCa2+處理組具有很好的去除鉛毒害的作用；0.05g/LPb2++0.1g/LCa2+處理下的畸變率與對照相比顯著；0.05∥LPb2++0.5～5.0g/Lca2+處理組的畸變率與鉛對照相比達(dá)到極顯著水平；雖然O.05∥LPb2++2.5～5.0g/Lca2+處理組與鉛對照組相比降低了染色體的畸變率，甚至部分低于蒸餾水處理組，但是并不能說該處理組具備去除鉛毒害的作用，原因在于染色體的畸變率與有絲分裂指數(shù)存在一定關(guān)系。

2.3鉛、鈣復(fù)合物對玉米根尖細(xì)胞微核率的影響

由表3可知：與鉛對照組相比，鉛、鈣復(fù)合物各個處理組都降低了玉米根尖細(xì)胞染色體的微核率，0.05g/LPb2++0.1g/Lca2+處理4、5、6d與對照差異不顯著，處理7d差異極顯著；0.05g/LPb2++0.5g/Lca2+處理4、5、6d與對照達(dá)顯著差異，處理7d微核率差異十分顯著；0.05g/LPl2++1.0g/LCa2+處理組微核率與對照相比差異均極顯著，與蒸餾水處理組相比微核率相近，因此認(rèn)為0.05∥LPb2++1.0g/Lca2+處理組具有很好的去除鉛毒害的作用；0.05g/LPb2++2.5～5.0g/Lca2+處理組微核率與鉛對照相比差異極顯著，低于硝酸鉛水溶液對照組，且部分低于蒸餾水對照組，但是由于染色體的微核率與染色體分裂指數(shù)有一定關(guān)系，因此并不能說明此處理組有很好的去除鉛毒害的作用。

3.討論

近年來，重金屬污染越來越嚴(yán)重，存在范圍也較廣，人們也越來越關(guān)注重金屬對植物根尖細(xì)胞的影響。本試驗研究了鉛、鈣處理對玉米根尖細(xì)胞的毒性效應(yīng)，試驗研究表明：鉛、鈣復(fù)合物濃度在0.05g/LPb2++1.0g/LCa2+時，根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)、染色體畸變率、微核指數(shù)與蒸餾水處理組接近，說明此時能有效抑制并消除鉛的中毒狀態(tài)；但鈣的濃度繼續(xù)增大，反而加重“植物中毒”效應(yīng)，抑制玉米根尖生長，雖然降低了染色體的畸變率和微核率，但并不能說明有去毒害作用。

當(dāng)前，許多報道已經(jīng)顯示高濃度Ca2+對細(xì)胞具有毒害作用。宋松泉等的試驗表明，Ca2+能夠減少Cd2+對種子活力和幼苗生長的抑制或消除作用。而邢樹平等在研究Ca2+對小麥根長生長影響時發(fā)現(xiàn)，低濃度培養(yǎng)液中小麥根尖生長良好，高濃度培養(yǎng)液中則受到抑制。本研究的鈣、鉛復(fù)合物對玉米根尖的影響與上述研究相似，但與張英慧研究的鉛、鈣及其復(fù)合物對蠶豆有絲分裂的影響略有不符。本試驗染色體滯后現(xiàn)象是分裂期前期進(jìn)入中期時，落后的染色體未到赤道板，可能是鉛破壞了紡錘絲的功能或形成，也可能是干擾了染色體某些自身的運動規(guī)律而使染色體不能及時達(dá)到赤道面，而張英慧試驗研究中發(fā)生的染色體滯后是分裂期中期進(jìn)入后期時染色體斷裂發(fā)生滯岳，這可能與試驗材料種類及所用溶液濃度范圍的不同相關(guān)。

鉛是一種重金屬污染物，進(jìn)入植物細(xì)胞后可能抑制某些蛋白的形成，延長細(xì)胞周期，使細(xì)胞分裂受阻，繼而使染色體出現(xiàn)非正常形態(tài)。鈣是一種廉價的調(diào)節(jié)劑，植物的必需元素，提高鈣的含量可以減少土壤對鉛的吸收，從而降低鉛的毒害，但鈣含量過多又增加植物毒害作用，因此要合理使用。通過本試驗筆者觀察到了鈣可能對重金屬起到解毒的效果，但本試驗只在細(xì)胞學(xué)這一方面進(jìn)行了簡單的檢測，并不說明鈣對重金屬具備解毒效應(yīng)，需要多方面大量的試驗去證明。因此，深入研究鈣對重金屬的解毒作用，對提高植物抗性、充分利用和改造被重金屬污染的土壤并保護環(huán)境，以及農(nóng)耕、土壤凈化等都具有重要意義。