除草劑乙草胺對棉花根尖細胞有絲分裂的影響

（新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，新疆烏魯木齊 830000）

棉花是我國重要的戰(zhàn)略物資，也是我國重要的農(nóng)作物之一，新疆由于其獨特的地理優(yōu)勢及光熱資源，是全國最大的商品棉生產(chǎn)基地[1]。棉花的主副產(chǎn)品都有較高的利用價值，不僅可用于油料，也可以用作紡織品的原料，在世界經(jīng)濟和社會的迅速發(fā)展方面起著重要的作用。但棉田雜草常年與棉花爭奪水分、養(yǎng)分和空間，嚴重影響棉花的生長、分枝和結(jié)桃，造成棉花產(chǎn)量損失14%～16%，危害嚴重時，可造成棉花減產(chǎn)高達60%[2]，嚴重制約了棉花的優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)[3]。

除草劑乙草胺具有低毒、高效、安全、持效期長、殘留量小等眾多特點[4]，對禾本科雜草的防除效果優(yōu)于闊葉雜草。在土壤中持效性為45 d左右[5]，在玉米播種后出苗前用50%乙草胺乳油108 mL/667 m2，藥后28 d，對雜草的株防效可達89.7%，對玉米安全且增產(chǎn)[6]，90%乙草胺乳油施用量為3 L/hm2，可有效防除甘薯田禾本科的雜草和部分闊葉雜草，最高防效可達90%以上，增產(chǎn)25.3%[7]；麥類和谷類作物對乙草胺敏感，不宜施用。乙草胺直接在作物上噴施會嚴重抑制其出苗，不可直接在作物上噴施，在過道或行間噴施也可能對苗期作物產(chǎn)生逆境脅迫，當植物處于逆境時，體內(nèi)活性氧和自由基的濃度急劇升高導致植物細胞不能正常代謝，進而對細胞產(chǎn)生傷害，影響其正常生長發(fā)育，除草劑對作物來說是一種逆境脅迫，為適應這種脅迫，植株體內(nèi)的保護酶系統(tǒng)會發(fā)生一系列的變化[8]。

目前在試驗室條件下關(guān)于除草劑乙草胺對棉花根尖細胞有絲分裂影響的研究較少。本研究參考農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上乙草胺的使用濃度與時間，設置乙草胺處理棉花根尖的使用濃度分別為0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L 和2.0 mg/L，處理時間分別為12 h、24 h、48 h 和72 h，探討乙草胺對棉花根尖細胞有絲分裂指數(shù)和染色體形態(tài)的影響，為棉田安全有效地使用乙草胺提供細胞遺傳學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試棉花種子為新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院提供的新陸早50號。

供試試劑：60%乙草胺乳油、卡諾氏固定液、改良石炭酸品紅、70%乙醇、蒸餾水、1 mol/L HCL。

供試儀器：顯微鏡、電子天平、水浴鍋、恒溫箱、蓋玻片、載玻片、鑷子、叉子、刀片、離心管、吸量管、量筒、燒杯、一次性手套等。

1.2 試驗方法

1.2.1 根尖培養(yǎng)與處理

將飽滿的棉花種子在室溫下用蒸餾水浸泡24 h，待種子吸脹萌發(fā)，放入滴有蒸餾水的濕潤濾紙上常溫培養(yǎng)，待棉花根尖長0.2 cm 時用不同濃度（0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L）的乙草胺分別處理12 h、24 h、48 h 和72 h，以蒸餾水處理為對照。

1.2.2 固定解離壓片

將處理完成的棉花根尖用蒸餾水清洗干凈，用卡諾氏固定液固定24 h，清洗根尖上的卡諾氏固定液，清洗的根尖放入裝有1 mol/L HCL 的小燒杯中，在60 ℃水浴條件下解離5 min，用改良苯酚品紅染色液染色3～4 min，常規(guī)壓片。

1.2.3 鏡檢計數(shù)

試驗設5 次重復，對每一個試驗組觀察6～8個不同濃度與不同時間處理不同植株的棉花根尖，每個制片統(tǒng)計約250個細胞。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的乙草胺對棉花根尖細胞有絲分裂指數(shù)的影響

通過研究發(fā)現(xiàn)，乙草胺抑制棉花根尖細胞有絲分裂周期，影響細胞有絲分裂指數(shù)。由表1可知，乙草胺最低處理濃度為0.1 mg/L時，處理時間12 h 和24 h 的有絲分裂指數(shù)分別為8.46%和8.18%，均低于對照，且差異不顯著。這說明低濃度的乙草胺對棉花根尖細胞有絲分裂的抑制作用不明顯。當乙草胺濃度為0.1 mg/L時，處理48 h和72 h的有絲分裂指數(shù)分別為7.69%和6.58%，與對照之間存在極顯著差異（p ＜0.01）。當乙草胺濃度為1.0 mg/L 時，與對照之間存在極顯著差異（p ＜0.01），說明高濃度的乙草胺干擾細胞代謝過程，影響細胞有絲分裂數(shù)，降低細胞有絲分裂指數(shù)。

由試驗結(jié)果可知，當處理時間固定不變時，乙草胺對棉花根尖細胞有絲分裂的抑制作用隨著濃度的提高而增加。隨著乙草胺毒性作用時間的延長，棉花根尖細胞有絲分裂指數(shù)逐漸降低，乙草胺處理時間越長，棉花根尖細胞有絲分裂指數(shù)越低。說明一定濃度的乙草胺對棉花根尖細胞的有絲分裂的抑制作用表現(xiàn)出乙草胺毒性的積累效應。

2.2 除草劑乙草胺對棉花根尖細胞染色體形態(tài)的影響

表1 乙草胺不同處理濃度與處理時間對棉花根尖細胞分裂指數(shù)與染色體形態(tài)的影響

用不同濃度的乙草胺對棉花根尖細胞進行處理，對根尖分裂細胞的染色體形態(tài)進行了仔細觀察。用乙草胺處理棉花根尖細胞出現(xiàn)染色體畸變現(xiàn)象，畸變現(xiàn)象主要有染色體斷片、染色體不均等分裂、染色體環(huán)、染色體黏連、染色體滯后等（圖1）。

由表1可知，當乙草胺處理濃度為0.1 mg/L，處理12 h，沒有觀察到染色體畸變類型；當乙草胺濃度達到1.0 mg/L，處理時間12 h，染色體畸變率為1.38%，與對照之間存在顯著差異（p ＜0.05）。處理24 h，乙草胺處理濃度為0.5 mg/L 時，染色體畸變率與對照相比差異顯著（p ＜0.05），乙草胺處理濃度為1.0 mg/L時，染色體總畸變率達到2.54%。且與對照之間的差異極顯著（p ＜0.01）。處理48 h，乙草胺處理濃度0.5 mg/L時，染色體畸變率與對照相比有顯著差異（p ＜0.05）。

結(jié)果表明，經(jīng)過不同濃度的乙草胺乳油處理后，棉花根尖分生組織的細胞在不同濃度、不同處理時間下，正常的有絲分裂受到了影響，隨著乙草胺乳油處理時間的進一步延長和濃度的增加，出現(xiàn)不同程度的染色體畸變現(xiàn)象。如出現(xiàn)了微核、染色體斷片、染色體黏連、染色體不均等分離、染色體橋等多種染色體畸變的類型。其中，染色體不均等分離其產(chǎn)生的原因主要是乙草胺干擾了紡錘體微細胞微管的正常形成，使得染色體不能正常移動兩極，從而導致染色體的兩極不等分離。

3 討論

有絲分裂是高等植物生長發(fā)育中細胞增殖的主要方法，高等植物發(fā)生有絲分裂的部位是植物的根尖、莖葉的生長點及幼葉等生長部位的分生組織[10]。有絲分裂指數(shù)是體細胞分裂的頻率和根尖生長速率的一個重要參數(shù)[11]。棉花根尖吸收乙草胺后根尖細胞染色體發(fā)生染色體畸變和細胞異常分裂，從而引起細胞分裂指數(shù)下降，抑制根尖生長。由于微核與棉花染色體的畸變效應具有明顯的相關(guān)性，可作為一種反映染色體外源性畸變因素對細胞染色體的損傷效應強度的重要指標[12]。因此，微核的外源性試驗已經(jīng)成為了測定乙草胺對棉花根尖細胞畸變損傷效應的簡便試驗方法。棉花根尖細胞染色體數(shù)目較多，其根尖分生區(qū)細胞分裂旺盛，對環(huán)境誘變物的損傷較為敏感，微核效應比較容易觀察[13]。

研究結(jié)果表明，乙草胺是內(nèi)吸性酰胺類選擇性除草劑，對植物根系具有抑制呼吸作用，干擾核酸和蛋白質(zhì)的合成。而且在遺傳上也造成DNA分子的嚴重損傷。

4 結(jié)論

在本試驗條件下，乙草胺處理時間對棉花根尖細胞有絲分裂和染色體畸變的影響要比濃度更顯著。0.1 mg/L乙草胺處理時間為12 h 和24 h時細胞分裂指數(shù)處于高水平，細胞染色體沒有出現(xiàn)畸變現(xiàn)象。處理時間長，乙草胺的積累對染色體的毒性比較大，細胞有絲分裂指數(shù)降低，染色體畸變與對照相比有極顯著差異。用2.0 mg/L濃度乙草胺處理72 h時后，細胞分裂指數(shù)與對照相比有極顯著性差異，染色體畸變細胞比較多，畸變率達到最高水平。乙草胺隨著處理濃度增加及時間的延長對棉花根尖細胞有絲分裂和染色體形態(tài)有抑制作用增加。因此，在棉花生產(chǎn)中使用乙草胺防除雜草，應掌握適宜的濃度，才能達到最佳除草效果。