（细胞生物学专业论文）镧对镉胁迫下蚕豆根尖细胞遗传毒性的影响.pdf

镧对镉胁迫下蚕豆根尖细胞遗传毒性的影响 细胞生物学专业 研究生吴玉章指导老师韩善华教授 本研究分别用0 o l 、0 0 2 、0 0 5 、0 1 、0 5m m o l l lc d c l 。溶液培养蚕 豆，通过检测蚕豆根根长、鲜重、干重和灰分，以此选出毒害程度最大c 矿 浓度分别与0 5 、1 0 、5 0 、1 0 ，0 、2 0 0 、5 0 0m m o l lk a c l ；复合，并探讨 9 6 h 内复合浓度对蚕豆根的生长及根尖细胞遗传毒性的影响 镉离子染毒时，随浓度升高蚕豆根根长、鲜重、干重和灰分含量均里先升 后降的趋势。低浓度c d ( 0 0 2m m o l l l ) 促进蚕豆根的生长，高浓度c 矿 ( i 0 0 5m m o l l ) 抑制蚕豆根的生长而o 5m m o l l lc d ”对蚕豆根生长的毒 害效应最大。 用0 5m m o l lc d 2 + 与不同浓度镧复合培养蚕豆发现：当镧离子浓度 1 o m m 0 1 l 时，蚕豆根根长、鲜重、千重和灰分重随浓度增加和时间延长而上 升，最后接近或超过对照水平，当镧离子浓度5 o m m o l l l 时，根长、鲜重、 干重和灰分重随浓度增加和时间的延长而降低。 细胞遗传毒性研究发现：当复合组中l a 3 + 1 o m o l u 对，蚕豆根尖细胞 有丝分裂指数随着浓度增加和时间的延长而上升，最后接近或上升至对照水 平，大于该浓度后，有丝分裂指数随浓度上升而下降，最后降低至0 。 当复合组中l 矿lo m m o l l 时，染色体畸变率随浓度增加和时间的延长 而下降，当l 矿5 o 咖0 1 几时则先随浓度增加和时间的延长而上升而后再下 降。在多种染色体畸变类型中，染色体断片 落后染色体 染色体桥，染色体 环和多极分裂仅为少数现象。微核率的变化与染色体有些类似，当复合组中 l 矿浓度为o 1 o m m o l l 时，细胞微核率随浓度增加和时间的延长而降低， l 矿浓度为1 0 5 o m o l l 时，则能提高微核率，当染毒浓度和时间超过一定 范围后，微核率又开始下降。微核一般出现在细胞间期，并以单个微核为主， 但分裂期也有类微核出现。在一定范围内间期微核大小也与处理浓度和时间相 关。 综上所述，在较低的浓度范围内，l a 3 + 能缓解由于高浓度镉胁迫下所造成 的植物体伤害，从而提高植物的抗逆性，一旦其浓度过高则加剧了镉对生物体 产生的损伤。 关键词：蚕豆；c d 胁迫；l a ；拮抗效应；根的生长；有丝分裂；染色体畸变； 微核 e e f f e c t so fl a n t h a n u m0 1 1g e n e t i ct o x i c i t yo fr o o tt i p c e l l so fv i c i a f a b au n d e rt h es t r e s so fc d m a j o f ：c e l lb i o l o g y m s cc a n d i d a t e ：w u y u z l m n gs u p e r v i s o r ：p r o h a r ts h a n h u a i nt h i ss t u d y , t h el e n g t h , f r e s hw e i g h t , d r yw e i g h ta n da s hw e i g h to ft h ev i c i a 向b ar o o t sw h i c hw e r ec o n t a m i n a t e l b yd i f f e r e n t c o n e e n t r a t i o mo fc d c l 2 c o n t a i n i n go 0 1 ，0 0 2 ，o 0 5 ，0 1 ，o 5m o i l 、e 他m = 躲u r e d , a c c o r d i n gt h i s ，t h e m o s tt o x i e a lc o n c e n t r a t i o no fc a d m i u mw a sc h o s e n , t h e nt h ee f f e c t so ft h eg e n e t i c t o x i c i t yo fr o o td pc e l l so fef a b a c m t a m i n a l l e db yt h ec o m b i n e dc o n c e n t r a t i o n s o ft h em o s tt o x i c a ic o n c e n t r a t i o no fc d 2 + a n dt h ed i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n so f l a c bc o n t a i n i n g0 5 ，1 0 ，5 o 1 0 0 ，2 0 0 ，5 0 0m m o l l w m t e s t e d m r e s u l t ss h o w e dw h e n 矿向b aw 0 1 弓c u l t i v a t e d b yt h e d i f f e r e n t c o n e e u t r a t i o n so fc a d m i u m , t h el e n g t h , f r e s hw e i g h t , d r yw e i g h ta n da s hw e i g h to f t h e 矿f a b ar o o t sc h a n g e df r o mi n c r e a s et od e c l i n ew i t ht h ei n e r 黜o fe a d m i u r a c o n c e n u 翟t i o n s t h el o wc o n c e n t r a t i o no fc a d m i u m ( o 0 2r e t o o l l ) p r o m o t e d t h eg r o w t ho ft h e 矿y a b ar o o t s ，b u tt h eh i g hc o n c e n t r a t i o n ( o 0 5r e t o o l l ) r e s t r a i n e dt h e i rg r o w t h a n dt h em o s tt o x i e a lc o n c e n w a t i o no fc a d m i u mw a s0 5 m m o l l w h e n 矿丘施w c t oc o n t a m i n a t e db yt h ec o m b i n e dc o n c e n l l a t i o n so f c a d m i u m a n d l a n t h a n u m , t h el o wc o n c e n t r a t i o no fl a 3 + ( 1 0r e t o o l l ) m a d et h er o o t l e n g t h 、丘s h w e i g h t 、d r y w e i g h ta n da s h w e i g h t i n c r e a s e d w i t h t h e i n c r e a s e o f l 矿+ c o n c e n 打a t i o na n dp o i s o n e dt i m e , b u t 妣h i g hc o n c e n i r a t i o no f l a 3 ( 5 0m m o l l ) m a d et h e mr e d u e m t h es t u d yo ng e n e t i ct o x i c i t yo f c e l l ss h o w e d ，w h e nt h ec o n c e n t r a t i o n so f l a 3 + w a sb e l o w1 0 m m o l l ，m i t o s i si n d e xo ft h er o o tt i pc e l l sr o s ew i t ht h ei n c r e a s eo f l a 3 + c o n c e n t r a t i o na n dp o i s o n e dt i m e b u tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fl a 3 + w f l , g a b o v e5 o m n l o l l , m i t o s i si n d e xo ft h er o o t 卸c o i l sd e c l i n e da n de v e nd e c l i n e dt o 0 w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no f l a c l 3i nt h ec o m b i n e dc o n c c u t l - a t i o n so f l aa n dc d w a sb e l o w1 0m m o l l ，f r e q u e n c yo fc h r o m o s o m a la b e r r a t i o n sd e c l i n e dw i t ht h e i n c r e a s eo fl a 3 + c o n c e n t r a t i o na n dp o i s o n e dt i m e ，b u tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o nw a s a b o v e5 o m m o l l , f r e q u e n c yo fc h r o m o s o m a la b e r r a t i o n sr o s e d i f f e r e n tt y p e so f f r e q u e n c yo fc h r o m o s o m a la b e r r a t i o n ss h o w e d t h a tt h en u m b e ro fc o i l sc o n t a i n i n g c h r o m o s o m a lf r a g m e n t t h en u m b e ro fc o i l sc o n t a i n i n gd r a g 垂e dc h r o m o s o m e t h en u m b e ro fc e l l sc o n t a i n i n gc h r o m o s o m a lb r i d g e ，a n dt h en u m b e ro fc e l l s c o n t a i n i n gt h ec h r o m o s o m a lr i n ga n dm u l t i p o l a rm i t o s i sw a sr a r e t h ec h a n g eo f f r e q u e n c yo fm i c r o n u c l e n so fm o t - 邱c o i l so f 矿f a b aw a st h es a m e a st h ec h a n g e o ff r e q u e n c yo fc h r o m o s o m a la b e r r a t i o n s w h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fl a j 1 1t h e c o m b i n e dc o n c e n t r a t i o n so fl aa n dc dw a sa m o n go 1 o m m o m 山f r e q u e n c yo f m i c m c l e u sd e c l i n e dw i t ht h ei n c r e a s eo fl 矿c o n c e n t r a t i o na n dp o i s o n e dt i m e w h e nt h ec o n c e n t r a t i o nw a sa m o n g1 0 5 o m m o l l ，f r e q u e n c yo f m i c r o c l e u sr o s e ， b u tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o na n dp o i s o n e dt i m ee x c e e d e dac e r t a i nr a n g e ，t h e f r e q u e n c yo fm i c r o n u c l e u sd e c l i n e da g a i n m i c r o n u c l e u sa l w a y sa p p e a r e d i n i n t e r p h a s ew i t hs i n g l em i c r o n u c l c di no n ec e l l ，b u tt h e r ew e r es o m ep a r a l l e l m i c r o n u c l c u si nm i t o t i cp e r i o d o nc e r t a i nr a n g e ，t h es i z eo fm i c r o n u c l e u sw a s r e l a t e dt ot h ec o n c e n t r a t i o n sa n d p o i s o n e dt i m e i naw o r d , w i t h i nl o wc o n c c n n a t i o n s ，l a c l 3r e l i e v e dt h ed a m a g eo fp l a n t s u n d e rc ds 仃黯sa n de n h a n c e dt h er e s i s t a n c eo fp l a n t s b u ti ft h ec o n c e n t r a t i o n so f l a 3 + e x c e e d e dac e r t a i nr a n g e ，t h ed a m a g ew o u l db em o r es o c c e r e k e yw o r d s ：h c i a f a b a ； c ds t r e s s ；l a a n t a g o n i s t i ce f f e c t s ；t h er o o tg r o w t h m i t o s i s ； c h r o m o s o m a la b e r r a t i o n s ；m i c r o n u c l e n s 四川师范大学学位论文独创性及 使用授权声明 本人声明：所呈交学位论文，是本人在导师整盖垡熬援指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如囡不符而 引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定： 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在大学拥 有学位论文的部分使用权，即：1 ) 己获学位的研究生必须按学校规定提交印 刷版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索；2 ) 为教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位 论文作为资料在图书馆、资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 论文作者签名：吴耖舞 o7 年5 月9 日 镧对镉胁迫下蚕豆根的生长及根尖细胞遗传毒性的影响 1 前言 微核( m i c r o n u c l e i ) 简称( m c n ) 是真核类生物细胞中的一种异常结构， 往往是细胞经辐射、化学药物或其他外界损害的作用而产生的。一般认为微核 是由有丝分裂后期丧失着丝粒的断片产生的。在细胞间期，微核呈圆形或椭圆 形，游离于主核之外、大小在主核i 3 以下。微核的折光率及细胞化学反应性 质和主核一样，也具合成d n a 的能力。胡振东认为，微核是染色体在间期中 表现出来的一种损伤类型。但本研究发现，微核不仅出现在间期，在细胞分裂 前、中、后期均有类似微核一样的结构。非间期类似微核的结构被统称为类微 核。细胞微核实验创建于2 0 世纪7 0 年代初，首先由h e d d l e 承l s c h m i d 利用骨髓细 胞建立了微核测定方法。经过三十多年的发展，许多国家和国际组织将其规 定为新药、食品添加剂、农药、化妆品、环境化学物质等毒理安全性评价必做 实验“”。由于蚕豆( h c i a f a b al i n n ) 的染色体组型为六对相当大的染色体，根 尖含有较多的分裂相细胞。自1 9 8 2 年由f r a n c e s c a d e g r a s s 等建立蚕豆根尖细胞 微核技术( h c i a m i c r o n u c l e u st e s t ，缩写为v a m c n ) 以来，v a m c n 技术因材料方便、 培养简单、技术容易掌握等优点而成为目前研究和运用较多的、用于检测环境 “致癌、致畸、致突变”物质的高等植物体细胞检测系统h 】。包括中国在内 的许多国家和世界组织，如美国、欧共体成员国以及联合国环境规划署 ( u n e p a ) 、世界卫生组织( w h o ) 等已将它作为一种常规的环境污染物和危险化学 品的检测指标 除细胞微核实验技术外，染色体畸变分析方法也在2 0 世纪7 0 8 0 年代被 国内外广泛应用于检测生物d n a 的损伤和致突变物的危害染色体畸变是由酶 的失活和d n a 大分子的断裂所产生，它反映了细胞受损程度m 。马爱国等“。认 为，染色体畸变是由于生物体细胞d n a 不断遭到自身毒物或外来化合物攻击引 起损伤后体细胞自身不断修复的结果，而染色体畸变如染色( 单) 体断裂、裂隙 等的存在则是受损伤的d n a 难以修复的结果染色体的畸变类型包括单体断裂、 微小体、三射体“”、染色体断片、染色体环町、落后染色体和染色体桥“8 等。 在本研究中，还观察到了多极分裂和染色体浓缩现象。英文红等“应用蚕豆作 为研究材料，以染色体畸变分析为主要方法检测了环境污染物一重金属镉对植 物细胞的伤害也取得了良好的效果。证实了染色体畸变率是能较好反映细胞 d n a 受损程度的重要指标之一。 四川师范大学硕士学位论文 因此，微核率和染色体畸变率作为两个主要指标常用于细胞遗传毒性检测 实验。尤其在对重金属和稀土元素等致突变性检测方面，得到了较广泛的应用， 为预防和治理环境中重金属污染提供了有益参考。 镉作为最毒的重金属元素之一，在自然界多以硫镉矿存在，常与锌、铅、 铜、锰等矿共存，在这些金属的精练过程中均可排出大量的镉。环境中的镉污 染除主要来源于有色金属矿产开发和冶炼排放的废水、废气、废渣外，还来自 煤和石油的燃烧，含镉肥料的施用，电镀、燃料、电池、杀虫剂、塑料等行业 排放的废水。镉对动、植物都不是必需元素，它是一种有毒元素。镉造成土壤 和水污染后，通过植物根吸收，可运输到作物的籽实、蔬菜的茎叶中，不仅降 低其产量和质量，影响农业的可持续发展，更为严重的是通过食物链传递到人 或动物中，给人类健康带来极大的危害“”1 。据此，段昌群等通过检测c 矿 胁迫下蚕豆根尖细胞微核率的变化和常学秀等“”通过测定c d ”作用下高等植物 的非按期d n r 合成( u n s c h e d u l e dd n a , $ t h e s i s ，简称u d s ) ，发现c d “能不同程度 地诱导蚕豆m c n 和u d s 的发生。低浓度c 矿作用时，蚕豆胚根细胞分裂有显著加速 现象，当c d ”达到一定浓度后，蚕豆胚根细胞分裂显著减慢；不同浓度c d 2 + 均能 诱导蚕豆胚根根尖细胞产生微核。在一定浓度范围内，微核率随处理浓度的升 高而升高，但高于一定浓度后，微核率不再上升，反而下降；c 矿还能使染色体产 生多种类型的畸变蚴。 此外，利用蚕豆根尖微核技术和染色体畸变分析方法研究稀土金属离子铒 1 、钆和镧“蚓的诱变性发现，e r 3 + 在6 4 m g l 浓度范围内，微核率不随浓度升 高而变化，但2 5 6 m g l 以上的微核率显著高于6 4 m g l 浓度以下的水平；而钆离子 则对蚕豆根尖细胞微核、染色体畸变、有丝分裂指数及细胞核异常等均有影响； l 矿离子在达到一定剂量时亦可引起蚕豆根尖细胞微核率的升高。并与对照组 相形成显著差异( p 叶 籽实嘲。但植物不同部位吸收和积累 镉的量也存在差异，一般新陈代谢旺盛的器官累积的镉量多，而营养器官则较 少有对也有例外，萝卜( r a p h a n u s s a l i v u $ l i n n ) 叶中的镉的含量就高于根1 。 镉之所以集中在植物的根部，可能与镉进入根皮层细胞后能与根内蛋白、 3 四川师范大学硕士学位论文 多糖类、核糖类和核酸结合，形成稳定的大分子络合物或不溶性有机大分子沉 积有关。植物细胞壁是镉进入的第一道屏障，它沉淀作用的有无与植物耐镉性 有关。h n i s h i y o n o 发现植物细胞壁中积累大量的镉。m h y e n k 和j l h a l l o ” 认为，镉在植物细胞内除由细胞壁部分吸附外，大部分积累于植物液泡中。 w e r a u s e r 和c a a c k e r l e z 用电子显微镜观察发现液泡中也存在镉结晶物 质，可能是由镉与液泡内有机物结合所导致。 2 1 2 镉对细胞超微结构的影响 有研究表明，低浓度的镉处理植物叶细胞，线粒体嵴突膨胀里多种状态， 排列紊乱，数量开始减少，大多成囊泡状；随镉浓度增高植物叶细胞中线粒体 呈透明状，嵴突消失，可见少量空泡状线粒体残体。徐勤松等研究发现， 用镉处理后叶绿体膨胀成圆球形，类囊体囊内空间变大，而被膜完整；高浓度 镉处理后，叶绿体被膜完全消失，类囊体片层膨胀，逐渐模糊，最后类囊体片 层和基质片层被释放出来。镉对细胞核的毒害也十分敏感，有研究1 表明，低 浓度的镉处理，菱( t r a p ab i c o r n i so s b e e k ) 浮水叶片细胞核开始解体消失，呈 现稀疏不均匀状态，随着浓度升高，核中央核质完全消失。镉处理除了对上述 几种主要细胞器有明显毒害作用外，高尔基体是镉处理后最早消失的细胞器， 有实验证明，正常黑藻( h y d r i l l a v e r t i c i l l a t a ( l f ) r o y l e ) 叶细胞中，用2 m l l c d ” 处理6 d 的叶细胞中已见不到高尔基体“4 。刘东华等“”研究发现，c d 2 + 对大蒜 ( 4 l l i u ms a t i v u ml i r m ) 根尖细胞的亚显微结构也有相似的损伤，c d 2 + 处理的大蒜 根尖细胞中高尔基体明显减少，在一些细胞中也能见到内质网膨胀成囊泡，大 部分细胞液泡化程度很高。最明显的特征是在细胞质中沉积许多电子稠密颗 粒，这些颗粒大小不等，外部着色深，中心部位着色浅，多分布于细胞质中大、 小液泡周围或液泡中。 2 1 3 镉对细胞分裂的影响 不同浓度镉对细胞分裂的影响也是不同的。低浓度时，它能使细胞分裂时 间延长，间期的时间间隔缩短，而且分裂速度加快，高于正常分裂水平；在高 浓度时，则引起植物细胞分裂出现障碍或不正常，使细胞间期的时间间隔延长 从而导致细胞分裂延滞，但对细胞分裂持续时间影响不大。研究表明细胞能否 4 镧对镉胁迫下蚕豆根的生长及根尖细胞遗传毒性的影响 进入下一个细胞周期，在于g 。期中能否合成足够的触发蛋白( 仃i g g c r p r o t e i n ) ， 这种蛋白促使细胞越过g ，期的限制点而进入s 期1 。镉对细胞分裂的延滞可 能是干扰或阻碍了触发蛋白的合成，细胞就进不了g 。期或滞留于g ，期从而进 不了分裂状态“。c d 2 + 直接或间接影响了细胞中的d n a 和染色体的合成与复制， 使染色体发生不同程度的畸变。许多研究表明，镉胁迫能对生物体内的生理过 程产生严重的影响。其原因不仅与镉胁迫引起的蛋白损伤有关，也与d n a 的损 伤有关。现己证实，重金属胁迫能引起d n 断裂、交联和d n a 期外合成1 。段 昌群3 研究不同重金属离子对蚕豆细胞有丝分裂的影响发现了多种染色体畸 变形式，如断裂、粘连、体细胞染色体不等交换和染色体环等。仪慧兰等“” 研究发现，镉不仅使根的生长和细胞分裂停滞，并且影响d n a 的合成，诱发 s c e ( 姐妹染色单体交换) 增加，而且s c e 的增加是突发式的，即较低浓度的镉 处理可以使s c e 显著增加，而处理浓度再增大时除了与对照有差异外，各处理 组差异不大。重金属产生的染色体遗传毒害，直接作用是影响了分裂间期d n a 的合成，降低了d n a s e ( d n a 酶) 的活性与核酸碱基结合引起核酸立体结构改变 使正在分裂的细胞发生染色体畸变。c d ”能以一种交换的形式取代或置换c a ” 并与细胞表面s h 基结合，阻止c 矿的跨膜内流，使c a - t p 酶不能激活。进入 细胞的镉离子还能与带负电的核酸结合，降低r n a 和d n a 的活性，引起核酸裂 解并影响细胞的有丝分裂过进程呻。删 2 1 4 镉对细胞染色体畸变率和细胞微核率的影响 测定细胞染色体畸变率( c a d 和微核率( m c n f ) 的变化在细胞水平反映了 d n a 的损伤而m c n f 和c a f 之间的相关性，随诱发剂的不同和诱发剂的剂量 大小而变化删。段昌群的研究发现，c d 链0 5 0 p p 时c a f 为对照组的1 6 4 8 ，在5 o o p p 时c a f 上升到1 7 3 3 2 ，在2 0 p p 时c a f 反而下降到1 4 8 0 4 。 有研究发现，在镉浓度较低，染毒时间较短时，蚕豆根尖细胞的微核率出 现下降在较高浓度下，其微核率一般随镉的浓度和染毒时间的增加而增加。 当浓度和染毒时间超过一定范围后，它的微核率则由上升变为下降删。 2 2 镧对植物生长发育的影响 钪( s c ) 、钇( y ) 和原子序数5 7 7 1 的镧( l a ) 、铈( c e ) 等镧系元素同属于元素 5 四川师范大学硕士学位论文 周期表第3 组副族，化学性质十分相似，常共生，总称为稀土元素。稀土元素能与 许多生物大分子如蛋白质、核酸、酶、色素、多糖等起作用。不仅如此，稀土 微肥还能促进粮食和经济作物增产，并可作为家禽家畜水产养殖饲料添加剂。 镧元素是稀土元素中最主要和最活泼元素之一，虽然在有机体中含量很少，但 对生命活动具有重要的调节作用，而且对植物的生长发育和生理生化也有影 响。 2 2 1 镧在植物体内的积累与分布 土壤中的可溶态稀土以l a 等轻稀土元素为主，l a 的含量最高，占1 5 种稀土 元素的1 3 8 9 。l a 在铁芒萁( d i c r a n o p t e r i s l m e a r i s ( b u r r o ) u n d e r , v ) 中的含量 是叶 根 茎嘟1 。在抗性不同的3 种春小麦( t a e s t i v u m ) 和幼苗植株中的分布 规律都是根 茎 叶嘲。当其剂量较低( 1 0 m g k g 。1 ) 时。它在植物根系中是 按吸收比例向茎叶运移，但当剂量增至5 0 r a g k g - 1 后，它向茎叶运移明显受抑 制呻1 。在植物体中l 矿+ 主要是通过质外体途径被小麦根吸收，而且与细胞壁中 的配体有很强的结合能力咖。 张智勇等嘲认为，镧被根吸收以后主要存在于细胞壁和细胞间隙中，但在 叶绿素中也大量存在嘲。 2 2 2 镧对植物个体生长的影响 一般而言，微量的镧能够促进植物种子发芽、幼苗生根和植株的株高、鲜 重、干重和生物量的增加。但当其浓度超过一定的阈值后则起抑制作用。研究 表明c s 7 y 镧在l 2 0 m g l - 1 范围内时，能促进水稻( o s a t i v a ) 种子的萌发、幼苗 发育和水稻茎、叶、根的生长，其中l o m g l - z 时效果最佳。谢祖彬等的实 验显示，0 0 5 1 5m g l 。的镧能促进水稻根生长，提高单株产量和实粒数。 当l a ”的浓度为0 0 5 0 7 5m g l - 1 时能使根体积、根干重和茎干重增加。镧对 铜绿微囊藻( m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a ) 的影响也是如此，在一定的浓度范围内，镧 可刺激它的生长，当其浓度超过一定范围时则表现出抑制作用洲。镧对植物的 刺激作用被认为是由于镧与植物体内的激素结合有加和效应，可提高内源生长 素( i 从) 的含量，促进植株生长。宁淑香等删指出，适当浓度的l a 3 能促进蕨菜 ( p t e r i d i u map n i l i n u m ( l ，k u h n ) 愈伤组织的分化，提高分化速度，但高浓度的 6 镧对镉胁迫下蚕豆根的生长及根尖细胞遗传毒性的影响 镧则抑制其分化一定浓度镧离子还能够改善月季花( r o s ah y b , i d nh o r t ) 切体 内的水分平衡，增加切花鲜重和维持花径大小，减少花瓣溶质外渗，维持细胞 膜结构的稳定性，降低呼吸速率，使切花瓶插寿命延长2 3 d 呻1 。 镧能提高植物体中各种酶的活性，低浓度时能提高水稻种子中的蛋白酶、 淀粉酶和脂肪酶的活性，促使蛋白质和脂肪水解转化。其影响程度表现为蛋白 酶 l a p r ，且在相同稀土处理条 件下，随着土壤c d 污染程度加重，抑制c d 吸收和抗c d 毒害能力增强，对c d 的抑制 效果表现为：c e l a n d p r 。由此可见，单一稀土元素对重金属c d 收所表现出来 的抑制能力大小和植株中c d 含量差异，不仅受植株生长、土壤环境因素条件的 影响，而且与稀土元素种类有关因此，在含镉的植物生长介质中施加三价镧 离子，可有效提高植物对镉的耐受性并降低镉在植物中的积累。 3 镧、镉复合处理对蚕豆根尖细胞有丝分裂的影晌 3 1 实验材料与方法 3 1 1 实验材料 ， 蚕( v i c i a f a b a ) 品种为四川成胡1 4 # ，购自四川省简阳市良种场。 3 1 2 实验方法 3 1 2 1 蚕豆根的培养及根长测定 参考常学秀等删选择饱满、大小均匀、色泽一致和无损伤的蚕豆种子， 经0 5 n a c i o 表面消毒3 0 r a i n 。蒸馏水冲洗数次( 3 5 ) 次后置于培养箱中，在 2 4 0 5 无光条件下浸种，每天早晚各换一次水。待胚根刚好突破种皮时， 将种子放在底部铺有两层滤纸的白瓷盘中催芽，种子上覆盖两层湿润医用纱 布。催芽条件和浸种一样。待大多数根长至1 0 c m 左右时，每组选1 2 0 颗进行染 1 0 锏对镉胁迫下蚕豆根的生长及根尖细胞遗传毒性的影响 毒( 温室) 处理。每组选1 2 0 颗放在底部铺有两层滤纸，上面覆盖两层湿润医用 纱布，并装有1 8 0 l 染毒液中的白瓷盘中染毒( 温室) 。单镉处理时，染毒液为 c d c l ：2 5 h 2 0 用蒸馏水配成的各组浓度：0 o l m o l l ，0 0 2 r a m o l l ， 0 0 5 m o l l ，0 1 0 m m o l l ，0 5 0 咖o l l ，以蒸馏水做为对照组。镉+ 镧处理时， 在0 5 0 m m o l 几的c 矿溶液中分别加入，0 5 m o i 几，1 o r m o l l5 o 跚o l u ， 1 0 o m m o l l ，2 0 o n , n o l l ，5 0 o n t 0 1 u 的l a c l 3 7 1 2 0 溶液。配成同体积各组复合 处理液并分别表示为：0 5 l a + o 5 c d 、1 o l a + o 5 c d 、5 o l a + o 5 c d 、 1 0 o l a + o 5 c d 、2 0 o l a + o 5 c d 、5 0 o l a + o 5 c d 各组。染毒处理时以蒸馏水和 0 5 0 m o l l 的c d ”做对照。在染毒期间，分别在2 4 ，4 8 ，7 2 ，9 6 h 时从每个处理 组中随机抽出2 5 颗蚕豆，量根长，并记录数据。 3 1 2 2 蚕豆根鲜重，干重及灰分的测定 蚕豆根的培养同上。从各白磁盘即各组染毒液培养的蚕豆中，随机抽出2 5 颗蚕豆，切下蚕豆根用蒸馏水冲洗数次，再用滤纸将其吸干，放在称量纸上于 电子天平上迅速称鲜重。并记录数据。然后将蚕豆根放入称量瓶( 瓶重w g ) 中， 放入烘箱，然后将温度调到6 0 7 0 c 烘干至恒重，此时称取材料干重，记录数 据灰分含量的测定：取6 只坩埚，以5 0 9 l 盐酸溶液浸泡2 h ，先用自来水冲洗， 后用蒸馏水洗净：放置在马沸炉中烧至恒重，冷至室温后在分析天平上称重， 记下数据。再将已称干重的蚕豆根分别放入上述6 只坩埚，置于6 0 0 马沸炉中 焙烧，直至完全灰化。冷却至室温后取出放在电子天平上称重，记录数据。用 差减法求得灰分重并可计算有机物含量。 3 1 3 蚕豆根尖细胞有丝分裂、染色体畸变、微核等各指标的测定 参考常学秀嘲，周锦雯等的实验方法，并略改动 3 1 3 1 取材固定和水解 在染毒期间，每隔2 4 h 从每个处理组中随机抽出2 5 颗蚕豆，切取根尖，长 度约为5 1 0 唧左右。先用蒸馏水冲洗根尖3 4 次，再用改 皂c a r n o y 固定液( 配 方：三份无水酒精，规入一份冰醋酸，要求现配现用) 在室温下固定2 0 2 4 h 。 然后用蒸馏水冲洗3 4 次，转入7 0 酒精中在0 4 c 下保存嘲观察前取出， l l 四川师范大学硕士学位论文 用蒸馏水冲洗3 4 次，用0 i m o l l 盐酸溶液，6 0 下水解1 8 2 0 r a i n 。 3 1 3 2 染色 水解后将根尖用蒸馏水冲洗3 4 次，然后将根尖放置在染色板上，切取5 m m 左右，用改良的苯酚品红染色液染色3 0 m i n 嘲。改良的苯酚品红染色液配方： 母液a ：称取3 9 碱性品红，溶解于l o o m l 的7 0 酒精中；母液b ：取母液a 液l o m l ， 加入9 0 m 1 5 的苯酚溶液( 2 周内使用) ；苯酚品红染色液：取母液b 4 5 m l ，加入 6 m l 冰醋酸和6 m 1 3 7 的甲醛；改良的苯酚品红染色液：取苯酚品红染色液2 l o m l ，加入9 0 9 8 m 1 4 5 的醋酸和i 8 9 的山梨醇。放置两周后效果更佳。 3 1 3 3 观察、镜检 将根尖放在载玻片中央，切除根冠、伸长和成熟区，滴一滴改良的苯酚品 红液，并用吸水纸从旁侧吸去渗出的染液。每一组镜检2 5 个根尖，每个根尖观 察细胞数不低于4 0 0 个，观察部位为根尖分生区。每组观察细胞总数不低于 1 0 0 0 0 个。 3 1 3 4 数据处理 计算方法如下： 3 1 3 4 1 有丝分裂指数( m i t o s i si n d e x ) 有丝分裂指数= 处于分裂期( 前、中、后、末) 的细胞数观察细胞总数1 0 0 3 1 3 4 2 染色体畸变率( f r e q u e n c y o f c h r o m o s o m a la b e r r a t i o n ) 染色体畸变率= 染色体畸变细胞总数有丝分裂细胞总数1 0 0 3 1 3 4 3 细胞分裂中主要染色体畸变的畸变率 染色体断片畸变率= 含染色体断片的细胞数有丝分裂细胞数1 0 0 落后染色体畸变率= 含落后染色体的细胞数有丝分裂细胞数1 0 0 染色体桥畸变率= 含染色体桥的细胞数有丝分裂细胞数1 0 0 染色体环畸变率= 含染色体环的细胞数有丝分裂细胞数1 0 0 1 2 钼对镉胁迫下蚕豆根的生长及根尖细胞遗传毒性的影响 有丝分裂极化畸变率= 含有丝分裂非正常极化的细胞数有丝分裂细胞 数x 1 0 0 3 1 3 4 4 微核( n f i c - r o n u c l c u s ，m c n ) 率的计算 微核率( m i c r o n u c l e u s 丘嘲u c y ，m n f ) ；指的是1 0 0 0 个间期细胞中微核 细胞数所占的比率。 微核大小的变化：用目微尺测量每个处理组的3 0 0 个间期细胞微核直径的 大小，并统计微核平均直径的分布情况( 经计算目微尺一格= 3 3 3 微米) 微核与有丝分裂时期的关系及各分裂期细胞中类微核数的变化：分别统 计类微核在细胞各个时期出现的情况及细胞中类微核数的变化。 3 1 4 照相 在n i k o nf x 一3 5 w a 光学显微镜下，选择具有代表性的样本进行拍照，数码 冲洗。 四川师范大学硕士学位论文 3 2 结果与分析 3 2 1 镉对蚕豆幼苗根生长的影响 3 2 1 1 镉对蚕豆幼苗根长的影响 表l 镉胁迫对蚕豆幼苗根长( c m ) 的影响 t a b l e 1e f f e c t so f c a d m i u ms t r e s so i lr o o tl e n g t h ( c m ) o fv i c i a f a b a 由表1 可知，在c d ”o 0 2 m m o l l 时，镉离子对蚕豆根的生长有刺激效应， 能促进蚕豆根的生长。从表中看出，镉在0 0 1 m o l l 、0 0 2 r m o l l 两个处理组 中均对蚕豆根的生长起促进作用。我们由t 检验得知，在低浓度( 0 。0 2 m m o l l ) 条件下，镉所引起的蚕豆根长的增长并没有使其与对照组形成显著差距。无论 染毒时间多长，增长幅度始终在对照组的1 5 以内当镉浓度0 0 5 m m o l l 时，随着c d ”浓度的增加根的生长会逐步受到抑制，抑制程度一般随处理浓度 和时问的增加而增加。当镉处理浓度为0 0 5 m o l l 时，2 4 h 、4 8 h 、7 2 h 、9 6 h 的蚕豆根长分别为对照组的9 1 5 8 、9 1 3 8 、9 1 2 0 、9 0 2 9 。当镉处理 浓度为0 1 0m m o l l 时，处理时间由2 4 9 6 h ，蚕豆根长分别为对照组的8 9 。1 0 、8 8 8 8 、8 8 1 3 、8 7 7 6 ；当镉处理浓度为0 5 0 m m o l l 时，处理时间 由2 4 9 6 h ，蚕豆根长分别为对照组的8 7 1 2 、8 3 3 3 、8 2 8 5 、7 1 0 9 。 由此可见，0 5 0 m o l l 的镉离子在各处理浓度中对蚕豆根的生长抑制作用最 大，尤其在9 6 h 时抑制程度最高。 1 4 镧对镉胁迫下蚕豆根的生长及根尖细胞遗传毒性的影响 当c d 2 + 浓度0 1 0m m o l l 时，随着处理浓度和处理时间增大，蚕豆根部颜 色逐渐由乳白色逐渐转变为浅黄色、黄色、褐色甚至变成黑色。同时还发现蚕 豆根尖产生不同程度弯曲，硬化。 3 2 1 2 镉对蚕豆幼苗根鲜重的影响 表2 镉胁迫对蚕豆幼苗根鲜重( g ) 的影响 t a b l e 2e f f e c t so f c a d m i u ms t r e s so nr o o t 丘c s hw e i g h t ( g ) o fv i c i a f a b a o0 1 0 4 8 土0 0 9 0 o 0 10 1 0 4 9 0 0 1 0 0 0 20 1 1 9 8 2 e - 4 o 0 5o 1 0 4 1 o 0 0 9 0 1 0 0 1 0 2 6 - t - o 0 2 l 0 5 00 0 9 5 0 0 0 0 5 0 1 5 9 3 0 0 2 2 0 1 7 9 8 士0 0 0 3 0 1 8 3 6 0 0 3 0 0 1 5 2 4 士o 0 2 8 0 1 5 3 3 0 0 3 2 0 1 4 3 1 0 0 4 3 0 1 9 5 0 0 0 3 0 0 2 0 5 0 士0 0 0 8 0 2 1 2 0 士0 0 2 2 0 。1 8 8 7 士o 0 2 2 0 1 8 1 9 0 0 3 9 0 1 6 0 3 士0 0 5 0 0 2 2 0 8 士0 0 2 0 0 2 2 2 4 0 0 1 2 0 2 2 7 4 士0 0 2 7 n2 1 8 8 士o 0 2 7 0 2 0 4 7 - t - o 0 1