废电池浸出液对大蒜根尖染色体结构的影响.doc

生命科学学院生物科学专业遗传学自主设计实验废旧电池浸出液对大蒜根尖染色体结构的影响 郑唐春 王召国 （ 临沂师范学院 生命科学院生物科学专业06级本一班 ） 摘要用不同浓度的电池浸出液分别处理大蒜的根尖,通过常规染色压片技术对大蒜根尖细胞的有丝分裂过程进行了观察. 结果表明,当培养液中有较高浓度的电池浸出液时,细胞的生长受到明显的抑制,细胞的增殖率明显下降. 同时细胞还出现染色体桥及微核等畸变现象。 关键字 大蒜 电池浸出液 有丝分裂 染色体桥 微核 随着社会的发展及人民生活水平的提高, 人们对电池的需求量越来越大. 目前全世界的电池产量正以每年20 %的速度增长, 增长势头迅猛. 我国是电池生产和消费大国, 据统计, 2000 年全国的电池产量达到170 亿只, 占世界电池产量总量的1/ 3 ; 电池的种类也达到14 个系列250 个品种1 . 废电池中含有大量的重金属如汞、镉、铅、镍以及酸、碱等有毒有害物质. 但是, 人们在使用电池的同时并未意识到这小小的电池会对环境乃至人类造成危害, 而是将它们习惯性地随手丢弃, 或者混于一般生活垃圾, 堆放在自然界中. 尽管废旧电池在生活垃 圾中所占的份额不足1 % , 但是环境中52 %的镉和88 %的汞是来自于废旧电池. 如果随意丢弃, 泄漏到环境中, 这些有害物质就会渗入土壤、水体,造成的污染和危害很大, 将对生态环境和公众健康构成潜在的威胁. 现在, 世界各国都开始注意到了这个问题, 国内外学者曾利用过物理、化学的方法以鸟类2 、鱼类3 ,4为材料, 对这方面的污染问题做了许多研究,而目前利用大蒜的研究只见到一些零星报道 , 本文通过提取废旧电池浸出液，进行稀释后对大蒜根尖进行一系列处理，经过一段时间处理。然后分析大蒜根尖细胞有丝分裂的数目和部分细胞染色体结构的变化，来分析废旧电池浸出液对大蒜根尖结构的影响。1材料与方法1. 1实验材料材料：市售优质大蒜(A llium sativum ) 自用废弃5 号普通锌锰干电池2节 用具：显微镜 水浴锅 天平 大烧杯 青霉素药瓶（25支） 培养皿 剪刀 镊子 解 剖针 载玻片 盖玻片 滤纸 量筒 离心机（漏斗 玻璃棒）滴管 酒精灯 火 柴 标签 铅笔 药品：蒸馏水 无水乙醇 冰醋酸 碱性品红溶液 苯酚溶液 1mol/L盐酸 95%乙醇1. 2材料处理与固定1.2.1 电池浸出液提取取2节5 号已失效的普通锌锰干电池(约10g) , 将锌皮去除后，取其黑色粉末置于150mL的三角瓶中，加100ml蒸馏水，并用玻璃棒充分搅动，放置3天。3天后取其上清液作为原液，定溶液浓度为1A，然后分别将原液稀释为0.01A 0.05A 0.10A 0.30A 0.50A 0.70A 0.90A备用。1.2.2 幼根培养选取新鲜饱满的蒜瓣,剥去膜质鳞被,用细竹签（或细铁丝）将蒜瓣穿成串,放在盛有水的烧杯内,使蒜瓣的基部与水接触,并用1层2层吸水纸盖上,置于温暖处(2425)或培养箱中,保持一定的水分,3天4天后在蒜瓣基部则可长出洁白的幼根。1.2.3 材料固定当鳞茎处长出许多12 cm 长的根时，分别移入盛有不同浓度的电池浸出液的小玻璃瓶中,染毒24 h. 下午4 :204 :40 取材,用卡诺固定液( V 无水乙醇V 冰醋酸= 31) 固定24H.如当时不用可转入70 % 乙醇中, 置4 低温保存, 供随时之用。1. 3大蒜根尖有丝分裂标本的制备1. 3. 1酸解 解离是用酸解法除去细胞之间的果胶层并使细胞壁软化,以利于压片。从固定液中取出幼根,转入青霉素小瓶中,自来水冲洗3 次, 每次2 min,蒸馏水洗2 次, 每次2 min,吸净水分, 加入1mol/L的HCI, 将幼根浸没1 min2 min 后, 吸去冷盐酸,加入60 预热的1mol/L HCI置60水浴中水解8 min10 min,视根软化的程度可适当增减时间,吸去热盐酸,再用室温下的盐酸浸洗1 min2 min, 蒸馏水洗2次,每次2 min,吸净水分。1. 3. 2 软化将解离好的材料用蒸馏水冲洗以后，转入45%的醋酸中软化10 min左右。1. 3. 3染色取12根软化好的根尖放在载玻片上，用刀片切去伸长区。只留下12 mm的分生区（也就是生长点），滴一滴改良苯酚品红染色液染色1015 min。1. 3. 4压片染色完毕上盖玻片，在酒精灯火焰上过34次，以手背试之，感觉微烫为宜（若认为染色较好，也可以不用酒精灯考片）。在盖玻片上覆以吸水纸，用左手拇指压住盖片的一角，用右手拇指用力下压盖片，在保证两玻片不错动的前提下，将材料压成薄薄的一层。1.3.5 镜检压好的片子先在低倍镜下观察，找到分裂的细胞后，在转换成高倍镜观察染色体的动态变化。注意比较经过处理和未经过处理的材料的不同之处。1. 3. 6显微照相如果染色体分散良好，图像清晰，则在显微镜下观察拍照。2 实验结果与分析2.1 结果 2.1.1不同浓度比的电池浸出液对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响经观察发现，各处理组均能抑制大蒜根尖细胞的分裂，其抑制作用因处理浓度不同而不同。经镜检发现，我们处理浓度越高，处理时间越长，抑制作用越明显（见图1）。 ( 图1 ) 2.1.2不同浓度比的电池浸出液对大蒜根尖细胞染色体畸变的影响大蒜的体细胞具有2n=16条染色体，绝大多数细胞的有丝分裂过程是正常的，可以形成两个子细胞。正常根尖细胞的细胞核多呈圆球形，极少数量呈长梭形，经电池浸出液感染后，有些细胞分裂不正常，出现染色体桥，微核等结构，导致染色体异常（见图2）！ （ 图2 ）2.2分析讨论 目前,大量的类似研究表明:电池浸出液具有极强的毒害作用，其浸出液中的多种重金属离子对植物的染色体和DNA有干扰和破坏作用，影响植物正常进行分裂和分化！ 适量的Zn2+对维持细胞膜的完整性及促进植物生长是必不可少的,但过量Zn2+引起膜脂过氧化和自由基产生5,6,破坏膜的完整性, 造成细胞内溶质外渗, 细胞解体, 使根外观表现为变白、软化、腐烂自由基引起DNA损伤, 使之断裂或解体, 导致细胞核出现各种异常, 使之不能进行正常分裂, 降低细胞分裂比率, 因而使根生长停。 汞是一种极毒的重金属元素,其毒性位于各金属之首。当植物体中汞的积累浓度达到一定范围后,通过与酶活性中心的2SH结合,抑制酶的活性7,干扰细胞的生理生化过程。利用不同浓度的汞处理蚕豆根尖8,其染色体畸变及形成微核(包括小核、双核、核耳、核出芽等核畸变)。 铅是对植物生长发育有害的重金属，进入有机体后很难排除体外，而富于体内，所以铅浓度越大对实验材料处理时间越长，在有机体内积累的就越多，对植物体的生长发育造成的危害就越大。毛学文、高扬等人在研究铅对豌豆、洋葱根尖细胞染色体的影响时, 观察到大量畸变、微核、不均分裂等现象9,10。我们认为不均等分裂的原因是因为、断裂染色体游离互相粘连导致染色体不均等分裂、铅干扰或抑制了纺锤体的正常功能, 使染色体产生了多倍体，染色体缺失，分裂不对称，多极化及染色体分配不均等现象。 研究表明11,12 ,微核的产生是迟滞染色体的直接结果,多极化、滞后染色体、不均等分裂、染色体桥等异常现象在以后的时期里都能与正常的染色体同步,最终形成微核。 钱晓薇等在研究染色体畸变时指出: 染色体畸变产生可能有几条途径13: 一 是由于药物直接作用于DNA 分子, 造成DNA 断裂损伤, 从而引起染色体畸变; 二是由于药物干扰了DNA 蛋白质合成或RNA的转录, 结果使与染色体运动有关的物质不能形成, 由此形成染色体畸变; 三是药物还可通过干扰某些损伤的正常修复过程, 阻止染色体在正常情况下的重建, 而形成新的重接, 出现染色体桥、环、断片之类的重排。 根据前人资料结合本实验现象表明：废旧电池浸出液对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响有两个方面：一是作用于有丝分裂，随浸出液浓度增加而大量减少有丝分裂细胞数目，直至完全抑制细胞分裂或杀死细胞。二是作用于染色体使染色体形态、结构发生变化,如染色体断片、染色体桥、滞后染色体及多核化现象。参考文献：1 牛冬杰, 聂永丰. 废电池的环境污染及资源化价值分析J.上海环境科学, 2000,(10):461463.2 龚瑞忠.化学农药对鸟类损伤的微核测试方法J.生物学报.2000，（3）： 3536.3 张曙光.黄河重金属污染物对鱼类的致突性研究J.环境科学研究,1989 , (3):5157.4 楼允东,吴萍.亚硝基胍对泥鳅红细胞微核及核异常的诱发J.中国环境科 学,1996,(4):275278.5 刘晓麒,曹恩华.脂质过氧化引起DNA损伤研究进展J.生物化学与生物物理 学进展,1994 ,21(3):215222.6 赵博生, 莫华福.镉对大蒜根生长的毒害及抗坏血酸、铁盐的解毒效应J.武 汉植物学研究, 1997,15(2):167172.7 ZYREKA A, CICHOC C. Molecularmechanisms underlying the p robioticeffects of Escherichia coli Nissle 1917 involve ZO-2 and PKCzetaredistribution resulting in tight junction and ep ithelial barrier repair J .CellMicrobiol,2007,9(3):804816.8 杨克斌.汞对单子叶植物生长的影响及在各部位的分布J.环境污染与防 治,1984 ,(6):14.9 毛学文,王弋博.铅对碗豆根尖细胞核和异常分裂的作用J.植物生理学 通报,2001,37(5):406408.10 高扬,武法清,何正彪.铅对洋葱根尖细胞有丝分裂的影响J.长春师院学院 学报,2003,22(2):5759.11 李懋学,张学方.植物染色体研究技术M.哈尔滨:东北林业大学出版 社,1991,8592.12 Jabs W E ,Tuck C M ,Cusano R ,et al. Studies of mitotic and centromeric abnormalities in Roberts syndrom:implications for a defect in the mitotic michanismJ.Chromosoma ,