苯胺對大蒜根尖細胞的遺傳損傷效應(yīng)

劉瑞祥　 胡鳳英　 秦永燕等

摘要 [目的]研究苯胺對大蒜根尖細胞的遺傳損傷效應(yīng)。[方法]以不同濃度的苯胺為誘變劑，研究苯胺對大蒜根尖細胞的遺傳毒性效應(yīng)。[結(jié)果]隨著苯胺處理濃度的增加，細胞有絲分裂指數(shù)呈下降趨勢，并出現(xiàn)微核、雙核、橋和斷片等染色體畸變現(xiàn)象，且各畸變率呈上升趨勢。[結(jié)論]苯胺是一種染色體誘變劑，具有一定的遺傳毒性效應(yīng)。

關(guān)鍵詞 苯胺；大蒜；有絲分裂指數(shù)；染色體畸變

中圖分類號 S633.4 文獻標(biāo)識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）08-02267-02

Genetic Damage of Aniline on Root Tip Cells of Allium sativum

LIU Ruixiang et al （Department of Biology Science and Technology， Changzhi College， Changzhi， Shanxi 046011）

Abstract [Objective] The aim is to investigate the genotoxicity of aniline on root tip cells of Allium sativum. [Method] Using different concentrations of aniline as mutagenic substance， the genotoxicity of aniline on root tip cells of Allium sativum was studied. [Result] The results showed that aniline with all concentrations significantly decreased the mitotic index. With the concentration increasing， the cell mitotic index showed a decreasing trend， and the emergence of micronucleus， dual core， bridges and fragments of chromosomal aberration phenomenon， and the distortion rate showed an increasing trend. [Conclusion] It can be concluded that aniline is a chromosomal mutagen and has the genetic toxicity to the cells of Allium sativum root tip.

Key words Aniline； Allium sativum； Mitotic index； Chromosomal aberration

苯胺是石油化工及合成工業(yè)的重要原料和中間體，市場需求帶動產(chǎn)量逐步提高，由此排放到環(huán)境中的苯胺也在逐年增加。苯胺容易被人體吸收，直接作用于肝細胞，引起中毒性肝病；也可因大量溶血作用破壞紅細胞，血紅蛋白及含鐵血黃素等沉積于肝臟而引起肝損[1]。苯胺對植物的遺傳損傷主要表現(xiàn)為根尖有絲分裂過程中染色體的畸變，例如微核、染色體橋、斷片等[2]。筆者通過大蒜根尖細胞微核技術(shù)，研究不同濃度苯胺溶液對大蒜根尖細胞分裂指數(shù)、微核率、雙核率、斷片率及橋率的影響，以期闡明苯胺對大蒜細胞的遺傳毒性效應(yīng)，為植物體監(jiān)測環(huán)境污染提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 大蒜，購自長治市景家莊農(nóng)貿(mào)市場。

1.2 方法

1.2.1 苯胺溶液的制備。苯胺為分析純，微溶于水，易溶于乙醇，經(jīng)預(yù)試驗后，選用濃度95%乙醇為溶劑配置母液，然后逐級稀釋成濃度為10.0、5.0、2.5、1.0何0.5 mg/L的溶液，備用。

1.2.2 試驗處理與分組。大蒜去皮后用水沖洗干凈，基部浸入盛有蒸餾水的燒杯中，于25 ℃恒溫箱培養(yǎng)，每隔12 h換水1次，待根尖長到1.0～1.5 cm時即可用于毒性試驗。選取根長基本一致的大蒜隨機分成7組，每組5～8個，分別置于濃度為0.5、1.0、2.5、5.0、10.0 mg/L的苯胺溶液中染毒，處理6 h，然后蒸餾水沖洗2～3次，再轉(zhuǎn)入蒸餾水中恢復(fù)培養(yǎng)24 h，并設(shè)濃度95%乙醇處理為溶劑對照，同時用蒸餾水作為陰性對照。取不同處理組的大蒜根尖于卡諾氏固定液中固定12～24 h，然后轉(zhuǎn)入濃度70%的乙醇中，4 ℃保存，備用。

1.2.3 試驗指標(biāo)的測定。試驗前取出保存的根尖用蒸餾水沖洗2～3次，換入HCl解離，Schiff試劑染色，常規(guī)制片，鏡檢觀察。每個處理組用MoticBA300數(shù)碼顯微鏡觀察5個根尖，每個根尖約1 000個細胞。統(tǒng)計每個根尖中的分裂細胞數(shù)及微核、雙核、斷片、橋等異?，F(xiàn)象。按下列公式計算大蒜根尖細胞分裂指數(shù)、微核率、雙核率、斷片率及染色體橋率：分裂指數(shù)（%）=分裂期細胞數(shù)/觀察細胞總數(shù)×100；微核率（‰）=微核細胞數(shù)/觀察細胞總數(shù)×1 000；雙核率（‰）=雙核細胞數(shù)/觀察細胞總數(shù)×1 000；斷片率（‰）=斷片細胞數(shù)/觀察細胞數(shù)×1 000；染色體橋率（‰）=染色體橋細胞數(shù)/觀察細胞數(shù)×1 000。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理。所有數(shù)據(jù)使用SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計分析，以“±S”表示，采用t檢驗，檢測不同濃度處理組與對照組之間的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 苯胺對大蒜根尖細胞有絲分裂的影響 由表1可知，在試驗濃度范圍內(nèi)，不同濃度的苯胺能夠引起大蒜根尖細胞有絲分裂滯后和有絲分裂指數(shù)降低。t檢驗分析表明，各處理組與對照組均呈現(xiàn)極顯著差異（P<0.01），說明苯胺對大蒜根尖細胞有絲分裂影響較大。

圖1顯示，當(dāng)苯胺溶液濃度在0.5～5.0 mg/L時，細胞分裂指數(shù)的下降趨勢較平緩；大蒜根尖經(jīng)高濃度苯胺（10 mg/L）處理后，與陰性對照相比，細胞分裂指數(shù)的下降率為90.55%，反映出高濃度的苯胺能顯著抑制大蒜根尖細胞分裂。

2.2 苯胺對大蒜根尖細胞染色體畸變的誘導(dǎo)效應(yīng) 不同濃度的苯胺溶液處理大蒜根尖后，均產(chǎn)生如微核、雙核、斷片、橋等染色體畸變現(xiàn)象。隨著處理濃度的增加，微核率、雙核率、斷片率和橋率都呈現(xiàn)上升趨勢，但上升幅度不同，其中微核率上升的幅度最大，斷片率最小。

圖2表明，苯胺溶液濃度低于2.5 mg/L時，大蒜根尖細胞的微核率、雙核率、斷片率和橋率上升幅度較為緩慢；當(dāng)苯胺溶液濃度超過2.5 mg/L時，微核率和雙核率出現(xiàn)急劇上升趨勢；當(dāng)苯胺溶液濃度為10.0 mg/L時，微核率最高，為34.38‰；雙核率次之，為19.60‰，斷片率和橋率均低于10.0‰。經(jīng)t檢驗可知，微核率各處理組與對照組相比，均呈現(xiàn)差異極顯著（P<0.01）；當(dāng)苯胺溶液濃度為0.5 mg/L時，雙核率和斷片率差異不顯著（P>0.05），苯胺溶液濃度在2.5～10.0 mg/L范圍內(nèi)，雙核率、斷片率和橋率均呈現(xiàn)極顯著差異（P<0.01），說明苯胺對大蒜根尖染色體有明顯的致畸效應(yīng)。

圖2 苯胺對大蒜根尖細胞染色體畸變的影響

3 結(jié)論與討論

在試驗濃度范圍內(nèi)，隨著處理濃度的增加，苯胺能明顯抑制大蒜根尖細胞的有絲分裂。有學(xué)者認(rèn)為硒、鋁、鉛等降低植物有絲分裂指數(shù)的原因是抑制了細胞DNA的復(fù)制及蛋白質(zhì)的合成，使細胞不能進入下一次的分裂期，從而降低有絲分裂指數(shù)[3-4]。因此，隨著苯胺處理濃度的增加，在單位時間內(nèi)，高濃度的苯胺在大蒜根尖細胞積累越多，對細胞的有絲分裂抑制越明顯，毒性效應(yīng)越強，可能是隨苯胺在體內(nèi)的積累，抑制了細胞有絲分裂相關(guān)蛋白的合成以及蛋白與DNA的結(jié)合，從而阻礙細胞周期的運行，導(dǎo)致有絲分裂下降。

苯胺可使大蒜根尖細胞產(chǎn)生微核、雙核、斷片和橋等染色體畸變現(xiàn)象，表明苯胺具有一定的遺傳毒性。微核、斷片和橋等染色體畸變現(xiàn)象是由于遺傳毒性物質(zhì)使染色體發(fā)生斷裂和粘連，在有絲分裂后期形成橋和斷片，當(dāng)細胞進入下一次分裂時，染色體斷片不能隨著有絲分裂進入子細胞，從而在胞漿中形成一個或數(shù)個小核，簡稱微核[5]。雙核細胞的形成與微管和微絲的形成和解聚的動態(tài)平衡有關(guān)[6]。通過觀察雙核細胞同時計數(shù)其微核發(fā)生率，二者所體現(xiàn)的高度一致性保證了觀察結(jié)果的準(zhǔn)確性[7-9]。試驗結(jié)果表明，隨著苯胺處理濃度的增加，微核率與雙核細胞的變化趨勢基本一致。因此，苯胺引起大蒜根尖細胞染色體畸變現(xiàn)象的原因可能是苯胺一方面直接作用于DNA，使其產(chǎn)生粘連，斷裂等現(xiàn)象；另一方面苯胺間接作用于與有絲分裂相關(guān)的分裂器，如紡錘絲和一些與細胞分裂有關(guān)的蛋白如微管和微絲進行破壞，造成了細胞分裂中染色體行為的不同步化，從而影響了大蒜根尖細胞的正常分裂，致使染色體畸變的發(fā)生。

盡管苯胺引起植物染色體畸變的機理尚不清楚，但試驗中苯胺處理大蒜根尖細胞導(dǎo)致大蒜根尖細胞分裂指數(shù)下降，根尖細胞的微核率、雙核率、斷片率和橋率明顯增高。這幾項指標(biāo)從不同角度顯示了苯胺對大蒜根尖細胞的遺傳損傷效應(yīng)，表明苯胺是一種染色體誘變劑，可誘發(fā)染色體發(fā)生斷裂從而形成微核，同時也是一種胞質(zhì)分裂阻滯劑，打亂微管和微絲的形成和解聚的動態(tài)平衡，抑制細胞分裂，形成雙核細胞。所以，能夠利用大蒜根尖細胞遺傳損傷作用監(jiān)測環(huán)境中苯胺及其化合物的污染，與其他監(jiān)測方法相比，具有經(jīng)濟簡便和試驗周期短，并易于在受控條件下進行，以及可以確切反映出某些因素對遺傳物質(zhì)的損傷效應(yīng)等優(yōu)點。

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