硒鎘對番茄根尖細胞的遺傳學效應

陳玥伶，陳德碧

(重慶文理學院林學與生命科學學院，重慶 永川 402168)

硒鎘對番茄根尖細胞的遺傳學效應

陳玥伶，陳德碧

(重慶文理學院林學與生命科學學院，重慶 永川 402168)

為研究硒鎘聯(lián)合作用對番茄根尖細胞遺傳學效應，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)計有絲分裂指數(shù)、染色體畸變率和微核率.結果表明:單一鎘處理時番茄根尖細胞有絲分裂指數(shù)下降，染色體畸變率和微核率增加，且隨時間的延長而毒害加深.硒鎘處理時，硒濃度低于1.0μmol/L時番茄根尖細胞有絲分裂指數(shù)增加，染色體畸變率和微核率下降，高于1.0μmol/L時番茄根尖細胞有絲分裂下降，染色體畸變率和微核率升高，但濃度過高時，微核率隨著鎘處理時間的延長反而有所降低，表現(xiàn)出低濃度硒對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)是常見的重金屬污染物，隨著工業(yè)快速發(fā)展，鎘對農田土壤、植物的污染日益嚴重.鎘對植物生長的污染主要表現(xiàn)在生長遲緩、植株矮小、褪綠、光合強度下降、保護性酶發(fā)生變化等［1-3］.曹德菊［4］、何俊瑜［5］分別對蠶豆、小麥的研究指出，Cd進入植物體后大部分積累在根部，嚴重抑制根系細胞分裂，誘發(fā)染色體畸變.硒(Se)是動物和人體必需的微量元素，適量的硒能促進植物的生長，改善作物的品質，增強作物的抗逆性，抵抗重金屬的毒害［6，7］.陳平等［8］研究了Se對Cd脅迫下水稻幼苗生長及生理特性的影響，結果表明Se可減輕 Cd對水稻的毒害.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，促進光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導度(Gs)上升，降低葉片胞間CO2濃度(Ci).有關硒鎘聯(lián)合作用對番茄根尖細胞的遺傳學效應還未見報道.本文以番茄為試驗材料，分析不同硒濃度對鎘脅迫下番茄根尖細胞有絲分裂指數(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植物細胞染色體遺傳學效應，同時揭示硒對重金屬鎘的的拮抗作用，以期為農業(yè)生產減輕鎘毒害、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.當根長至1.5 cm左右時用100μmol/L氯化鎘溶液對番茄幼苗根尖進行染毒處理，同時分別加入等體積的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照.

1.2 取材固定

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

1.3 制片鏡檢

制片時先取出保存的根尖，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)壓片后鏡檢細胞的有絲分裂、染色體［11］.

2 結果與分析

2.1 硒鎘對番茄根尖細胞有絲分裂的影響

由圖1可知，單一鎘處理番茄根尖細胞有絲分裂指數(shù)顯著低于對照，表明鎘對番茄根尖細胞有絲分裂具有明顯的抑制效應，且下降程度隨時間的延長而增加.硒鎘處理，同一時間比較，番茄根尖細胞有絲分裂指數(shù)隨硒濃度增大而呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，硒濃度低于1.0μmol/L時，番茄根尖細胞有絲分裂指數(shù)有所升高.0.5 μmol/L 硒處理番茄根尖 24、48、72、96 h 時根尖細胞有絲分裂指數(shù)均高于單一Cd處理組，但未達到去離子水對照組的水平;當硒濃度為1.0μmol/L時各處理組均高于同一時間鎘處理組和去離子水對照組，分別是鎘處理組的34.07﹪、48.91﹪、97.35﹪、180.39﹪，是去離子水對照組的 1.20﹪、0.89﹪、1.36﹪、19.7﹪，當硒濃度高于1.0μmol/L時，處理24 h、48 h時番茄根尖細胞的有絲分裂數(shù)指數(shù)與單一鎘處理差異不顯著，處理72 h、96 h時高于單一鎘處理，但遠低于對照，表明硒對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，處理時間為24 h.

圖1 硒鎘對番茄根尖細胞有絲分裂指數(shù)的影響

2.2 硒鎘對番茄根尖細胞染色體畸變的影響

由圖2可知，單一鎘處理蕃茄根尖細胞染色體畸變率顯著高于對照，且隨時間的延長表現(xiàn)出畸變率增大.硒鎘一起處理時，當硒濃度為0.5和1.0μmol/L，同一時間，染色體畸變率都顯著低于單一鎘處理，但隨時間延長而增加.1.0 μmol/L Se濃度處理番茄幼苗根尖 24、48、72、96 h時細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﹪，表明低濃度對番茄幼苗鎘毒害有緩解作用.當Se濃度為5.0μmol/L時蕃茄根尖細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Se濃度為20μmol/L，時間達成72、96 h時染色番茄根尖細胞染色體畸變率陡然下降，這可能是受硒鎘協(xié)同抑制作用強烈，番茄根的生長受到極大抑制，細胞分裂活動很弱，處于分裂期細胞明顯比其他處理減少所導致.

圖2 硒鎘對番茄幼苗根尖細胞染色體畸變率的影響

2.3 硒鎘對番茄根尖細胞微核率的影響

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

圖3 硒鎘對番茄根尖細胞微核率的影響

3 討論

硒作為人體必需元素，參與多種酶的催化反應及部分輔酶和蛋白質合成等代謝過程，有增強機體免疫力，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.低濃度硒對鎘的緩解作用可能是形成了絡合物，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作用，促進受損的DNA的修復.本研究結果表明，100μmol/L的Cd脅迫下番茄幼苗根尖細胞有絲分裂指數(shù)顯著下降，誘發(fā)較高頻率的染色體畸變和微核的形成，嚴重影響番茄幼苗根尖的生長，并隨時間的延長而加劇.當不同濃度硒與100μmol/L的 Cd共同處理培養(yǎng)時，明顯表現(xiàn)出低濃度硒對鎘脅迫下蕃茄根尖遺傳毒害效應有所緩解，高濃度硒會加劇染色體畸變和微核的形成，具有一定的劑量與時間效應.這與高揚［13］、陳錦［14］等研究硒鉛混合液對大蒜根尖有絲分裂、對蠶豆根尖細胞微核的影響結果相似.硒元素具有雙重的作用，低濃度時對植物有益，高濃度表現(xiàn)出對植物的毒害作用.本實驗中，低濃度硒對鎘脅迫下的緩解作用，可能是誘導重金屬離子形成了一種絡合物，減少了游離的重金屬離子，降低重金屬離子的遺傳毒害，促進由鎘毒害引起的DNA的修復.另外，硒可提高谷胱甘肽過氧化物酶活性，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，或復合干擾了DNA和相關蛋白質的合成、RNA的轉錄，或干擾了染色體某些損傷的正常修復過程，從而導致對蕃茄根尖細胞的協(xié)同遺傳毒害.本研究只針對硒、鎘復合對番茄根尖生長發(fā)育遺傳毒理學方面作了一些探討，實際上在土壤中存在多種元素，還須進一步研究硒與土壤—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.

［1］鄭春榮，孫兆海，周東美，等.土壤Pb Cd污染的植物效應(Ⅰ)——Pb污染對水稻生長和Pb含量的影響［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報，2004，23(5):872-876.

［2］汪洪，趙士誠，夏文建，等.不同濃度鎘脅迫對玉米幼苗光合作用、脂質過氧化和抗氧化酶活性的影響［J］.植物營養(yǎng)與肥料學報，2008，14(1):36-42.

［3］王海鷗，鐘廣蓉，劉曉峰，等.小麥在銅、鎘脅迫下體內含巰基物質對解毒機制的研究［J］.華北農學報，2008，23(3):158-161.

［4］曹德菊，湯斌.鉛、鎘及其復合污染對蠶豆根尖細胞的誘變效應［J］.激光生物學報，2004，13(4):302-305.

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［6］李娜，王旭.硒對植物生長作用的研究進展［J］.廣東農業(yè)科學，2010，45(9):38-40.

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［9］Zhang G P，F(xiàn)ukaml M，Sekimoto H.Genotypic differences in effects of cadmium on growth and nutrient compositions in wheat［J］.JPlant Nutr，2000(9):1337-1350.

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［12］朱志梅，侯昭華.Hg2+對蠶豆根尖細胞的微核效應［J］.西北大學學報:自然科學版，2008，38(1):96-98.

［13］高揚，馬子明.硒鉛混合液對大蒜根尖有絲分裂的影響［J］.長春師范學院學報，2004，23(4):46-49.

［14］陳錦，李躍平.硒對鉛所致蠶豆根尖細胞微核的影響［J］.海峽預防醫(yī)學，2001，7(6):10-11.

(責任編輯 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

重慶文理學院學生科技研究資助項目(XZ20110039).

陳玥伶(1990-)，女，云南昆明人，主要從事細胞遺傳學方面的研究.

陳德碧(1968-)，女，重慶人，高級實驗師，碩士，主要從事植物生理生態(tài)方面的研究.