光合細(xì)菌對(duì)農(nóng)村污水誘發(fā)蠶豆微核的影響

李盡哲+黃雅琴+王偉

摘要：為了研究光合細(xì)菌對(duì)農(nóng)村污水誘發(fā)蠶豆根尖細(xì)胞微核的抑制效應(yīng)，以不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液浸種處理蠶豆根尖，制片觀察分析其對(duì)根尖細(xì)胞的影響，并統(tǒng)計(jì)有絲分裂指數(shù)、微核率、微核指數(shù)和微核抑制率。結(jié)果表明，隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，有絲分裂指數(shù)增加，根尖微核率和微核指數(shù)降低，微核抑制率增加，染色體畸變減少。光合細(xì)菌通過代謝分解同化了農(nóng)村污水中的有害物質(zhì)，降低了污染物對(duì)蠶豆根尖染色體的遺傳損傷，緩解了有害物質(zhì)對(duì)蠶豆根尖有絲分裂的抑制，減少了微核的形成和染色體畸變的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：光合細(xì)菌；蠶豆；農(nóng)村污水；微核；染色體畸變

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）17-4029-03

Effects of Photosynthetic Bacteria on Vicia faba micronucleus Induced by Rural Sewage

LI Jin-zhe，HUANG Ya-qin，WANG Wei

（Department of Biotechnology， Xinyang College of Agriculture and Forestry， Xinyang 464000， Henan， China）

Abstract： To study the inhibitory effect of Photosynthetic bacteria on micronucleated cells of Vicia faba root tips induced by rural sewage， Vicia faba root tips were treated with different concentrations mixture of photosynthetic bacteria and sewage. The impact on root tip cells was analyzed by making temporary mounts， counting the mitotic index， micronucleus， micronucleus index and micronucleus inhibition rate. The results showed that when the volume fraction of liquid photosynthetic bacteria increased， the mitotic index and micronucleus inhibition rate increased， while the micronucleus and micronucleus index decreased. Photosynthetic bacteria reduced the genetic damage of chromosome， alleviated the inhibition effect on mitotic， lowered the formation of micronuclei and chromosome aberrations in root tip cells by decomposing the pollutants in rural sewage.

Key words： photosynthetic bacteria； Vicia faba； rural sewage； micronucleu； chromosomal aberrations

我國人多地少，土地資源的開發(fā)已接近極限，化肥、農(nóng)藥的施用成為提高土地產(chǎn)出的重要途徑，然而農(nóng)藥和化肥的過量使用已經(jīng)嚴(yán)重污染了水體和土壤，再加上家禽家畜糞便和生活垃圾的任意排放，農(nóng)村環(huán)境日益惡化，這直接影響了農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，對(duì)人類自身的健康也構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[1，2]。在污水處理上，光合細(xì)菌（PSB）已經(jīng)被廣泛應(yīng)用[3，4]。它是自然界中重要的微生物類群，生命力極強(qiáng)，能將廢水中的大分子有機(jī)物、氮磷營養(yǎng)鹽、重金屬、含硫化合物和其他污染物如亞硝胺降解為揮發(fā)酸、低糖、氨基酸等無毒小分子物質(zhì)[5]。目前，利用光合細(xì)菌處理廢水已成功投產(chǎn)[6]。然而，關(guān)于光合細(xì)菌對(duì)農(nóng)村污水誘發(fā)蠶豆根尖細(xì)胞微核的生物學(xué)效應(yīng)的研究報(bào)道很少。

蠶豆根尖細(xì)胞微核檢測技術(shù)由于簡便、重復(fù)性好、靈敏度高，已廣泛用于水質(zhì)的檢測[7，8]，它能較準(zhǔn)確地反映致突變因子對(duì)細(xì)胞的遺傳毒害的大小，如果利用蠶豆微核試驗(yàn)來研究光合細(xì)菌對(duì)農(nóng)村污水處理能力將更具有代表性。本試驗(yàn)利用光合細(xì)菌原液和農(nóng)村污水培養(yǎng)處理蠶豆種子，研究了不同濃度的光合細(xì)菌原液對(duì)污水誘發(fā)的蠶豆根尖細(xì)胞微核以及有絲分裂、染色體構(gòu)型的影響，為光合細(xì)菌應(yīng)用于農(nóng)村環(huán)境治理提供細(xì)胞遺傳學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

蠶豆種子；光合細(xì)菌菌株（紫色非硫細(xì)菌），由重慶大學(xué)生物工程學(xué)院提供。

1.2 光合細(xì)菌原液的制備

無菌操作條件下，在50 mL錐形瓶中加入10 mL除去瓊脂的液態(tài)Molisch培養(yǎng)液，挑取Molisch 瓊脂培養(yǎng)基上的光合細(xì)菌（紫色非硫細(xì)菌）單菌落于其中培養(yǎng)，黑暗狀態(tài)下28 ℃、180 r/min培養(yǎng)16～18 h，培養(yǎng)至微紅色，然后在28 ℃下，3 000～4 000 lx光照條件下，按照10%的接種量先接種到裝有90 mL去瓊脂的Molisch液體培養(yǎng)基的100 mL錐形瓶中培養(yǎng)3～5 d，培養(yǎng)期間，每天晃動(dòng)錐形瓶3～5次，培養(yǎng)至光合細(xì)菌菌液顏色呈深紫色且OD593 nm=3±0.1（或OD795 nm=3.5±0.1）時(shí)停止培養(yǎng)，置于4 ℃冰箱中備用。

1.3 根尖細(xì)胞的培養(yǎng)與處理

將蠶豆種子在水中浸泡24 h，待吸水膨脹后移到鋪有2層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，置于25 ℃黑暗培養(yǎng)50 h，待根長至1～2 cm時(shí)，隨機(jī)分成7組（每組20個(gè)蠶豆），即陰性對(duì)照組CK1（自來水）、陽性對(duì)照組CK2（農(nóng)村污水）和5個(gè)試驗(yàn)組。試驗(yàn)組處理液由污水和光合細(xì)菌原液混合配制，其中光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)分別為5%（A）、10%（B）、15%（C）、20%（D）和25%（E）。將7組蠶豆根尖分別用7種處理液浸根培養(yǎng)6 h，自來水沖洗，培養(yǎng)皿中自來水恢復(fù)培養(yǎng)24 h。分別剪取長1 cm左右的根尖在卡諾固定液中固定24 h，然后酸解、染色、制片、鏡檢。每個(gè)根尖觀察1 000個(gè)細(xì)胞。

1.4 數(shù)據(jù)分析

計(jì)算蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)（MI）、微核率 （MNR）、微核指數(shù)和微核抑制率。用Origin7.5數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

MI=（分裂期細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù)）×100%

MNR=（微核細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù)）×1 000‰

微核指數(shù)=樣本微核率/陰性對(duì)照的微核率

微核抑制率=（陽性對(duì)照微核細(xì)胞數(shù)-樣本微核細(xì)胞數(shù)/陽性對(duì)照微核細(xì)胞數(shù)）×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響

對(duì)不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液處理后的蠶豆根尖細(xì)胞進(jìn)行了鏡檢觀察，結(jié)果表明，MI隨光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，分別為（3.41±0.24）%、（4.38±0.13）%、（4.87±0.16）%、（5.27±0.21）%、（5.52±0.26）%。與陽性對(duì)照組CK2的MI（2.13±0.11）%相比，A液處理MI增加最少，僅1.28個(gè)百分點(diǎn)；E液處理MI增加最多，達(dá)3.39個(gè)百分點(diǎn)。與陰性對(duì)照組CK1的MI（6.14±0.24）%相比，E液處理后MI降低最少（0.62個(gè)百分點(diǎn)），D液處理后MI降低0.87個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，農(nóng)村污水明顯抑制了根尖細(xì)胞的有絲分裂，但隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加抑制作用減弱，即MI與光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)之間呈正相關(guān)。

2.2 不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞微核的影響

用含不同量光合細(xì)菌的污水處理浸種蠶豆根尖，通過制片觀察微核的發(fā)生（圖1），并統(tǒng)計(jì)MNR、微核指數(shù)和微核抑制率（表1）。如圖1所示，在蠶豆根尖細(xì)胞的不同時(shí)期均觀察到了微核的發(fā)生。在細(xì)胞間期觀察到了多種微核類型，有單微核、雙微核和大微核，其中單微核最常見，數(shù)量最多，雙微核和大微核較少。在有絲分裂的過程中，也有微核的出現(xiàn)，即前期微核、后期微核和末期微核，其中后期微核和末期微核最常見。這可能與有絲分裂后期姊妹染色單體向兩級(jí)移動(dòng)的過程容易受到外界的干擾，出現(xiàn)染色體的斷裂有關(guān)。這些斷裂的染色體片段游離在細(xì)胞中形成了微核，隨著細(xì)胞的有絲分裂結(jié)束，隨機(jī)進(jìn)入到子細(xì)胞中，形成間期微核。由表1可見，隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)增加，MNR和微核指數(shù)降低、微核抑制率升高。用A液處理時(shí)，MNR最高，微核指數(shù)最高，微核抑制率最低。用E液處理時(shí)，MNR最低，微核指數(shù)最低，微核抑制率最高。A液和E液相比，MNR、微核指數(shù)、微核抑制率均相差較大。方差分析顯示，五個(gè)不同梯度的菌液均與陽性對(duì)照相比有差異，其中B液、C液、D液和E液均達(dá)到了極顯著差異。因此，認(rèn)為光合細(xì)菌能夠抑制污水所誘發(fā)的微核的產(chǎn)生，隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，對(duì)微核的抑制效應(yīng)越顯著。光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制作用與光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)之間存在計(jì)量-效應(yīng)關(guān)系，其相關(guān)方程式為y=0.352 057 x-3.302 06，式中，x代表光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)（%），y代表微核抑制率（%），R2=0.956 1。推測是光合細(xì)菌分解了污水中的有害物質(zhì)，減少了其對(duì)染色體的遺傳損傷。

2.3 不同處理液下蠶豆根尖細(xì)胞染色體畸變情況

用含不同量光合細(xì)菌的污水處理浸種蠶豆根尖，觀察細(xì)胞的有絲分裂，其間出現(xiàn)的染色體畸變主要有滯后染色體、染色體拋出、染色體橋、染色體環(huán)、三體和染色體斷片，有的染色體畸變呈并發(fā)狀（圖2）。分析發(fā)現(xiàn)，陽性對(duì)照的根尖染色體畸變類型最多，且形式復(fù)雜，呈并發(fā)狀。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，染色體畸變減少，畸變類型單一化。染色體結(jié)構(gòu)的變異主要表現(xiàn)是染色體拋出、染色體橋和染色體環(huán)；染色體行為變異的典型表現(xiàn)是染色體滯后；微核的誘發(fā)必然導(dǎo)致染色體數(shù)目的減少，產(chǎn)生非整倍體。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，染色體畸變類型減少，染色體畸變率降低，兩者呈負(fù)相關(guān)。

3 討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，光合細(xì)菌能夠抑制農(nóng)村污水對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞的遺傳毒害。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，MI和微核抑制率增加，根尖MNR和微核指數(shù)降低，染色體畸變程度降低。當(dāng)光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，有絲分裂指數(shù)最大、微核率最低、微核指數(shù)最小、微核抑制率最高、染色體畸變最少。可見，光合細(xì)菌通過代謝分解同化了農(nóng)村污水中的有害物質(zhì)，將農(nóng)藥和化肥的殘留降解，從而降低了污染物對(duì)蠶豆根尖染色體的遺傳損傷，緩解了有害物質(zhì)對(duì)蠶豆根尖有絲分裂的抑制，減少了微核的形成和染色體畸變的發(fā)生。前人研究發(fā)現(xiàn)洋蔥[9]和香菇[10]水提液能抑制環(huán)磷酰胺誘發(fā)的微核、蛹蟲草水提取液能抑制Cu2+誘發(fā)的微核[11]、蛹蟲草多糖能抑制紫外線誘發(fā)的微核[12]，而光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制效應(yīng)還未見報(bào)道。

光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制作用與光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)之間存在計(jì)量—效應(yīng)關(guān)系，可以擬合出直線回歸方程，可見體積分?jǐn)?shù)與抑制率雖然呈正相關(guān)，但是此方程的R2=0.956 1<0.99，不是一條標(biāo)準(zhǔn)的直線，隨著體積分?jǐn)?shù)的增加，微核抑制率的增加減緩，逐漸呈現(xiàn)平臺(tái)效應(yīng)。該試驗(yàn)肯定了光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的蠶豆根尖微核的抑制作用，為光合細(xì)菌對(duì)污水處理過的蠶豆根尖的細(xì)胞遺傳學(xué)效應(yīng)提供了資料，為最終開發(fā)出能夠治理農(nóng)村污水污染、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的光合細(xì)菌微生態(tài)肥料奠定基礎(chǔ)。

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將蠶豆種子在水中浸泡24 h，待吸水膨脹后移到鋪有2層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，置于25 ℃黑暗培養(yǎng)50 h，待根長至1～2 cm時(shí)，隨機(jī)分成7組（每組20個(gè)蠶豆），即陰性對(duì)照組CK1（自來水）、陽性對(duì)照組CK2（農(nóng)村污水）和5個(gè)試驗(yàn)組。試驗(yàn)組處理液由污水和光合細(xì)菌原液混合配制，其中光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)分別為5%（A）、10%（B）、15%（C）、20%（D）和25%（E）。將7組蠶豆根尖分別用7種處理液浸根培養(yǎng)6 h，自來水沖洗，培養(yǎng)皿中自來水恢復(fù)培養(yǎng)24 h。分別剪取長1 cm左右的根尖在卡諾固定液中固定24 h，然后酸解、染色、制片、鏡檢。每個(gè)根尖觀察1 000個(gè)細(xì)胞。

1.4 數(shù)據(jù)分析

計(jì)算蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)（MI）、微核率 （MNR）、微核指數(shù)和微核抑制率。用Origin7.5數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

MI=（分裂期細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù)）×100%

MNR=（微核細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù)）×1 000‰

微核指數(shù)=樣本微核率/陰性對(duì)照的微核率

微核抑制率=（陽性對(duì)照微核細(xì)胞數(shù)-樣本微核細(xì)胞數(shù)/陽性對(duì)照微核細(xì)胞數(shù)）×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響

對(duì)不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液處理后的蠶豆根尖細(xì)胞進(jìn)行了鏡檢觀察，結(jié)果表明，MI隨光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，分別為（3.41±0.24）%、（4.38±0.13）%、（4.87±0.16）%、（5.27±0.21）%、（5.52±0.26）%。與陽性對(duì)照組CK2的MI（2.13±0.11）%相比，A液處理MI增加最少，僅1.28個(gè)百分點(diǎn)；E液處理MI增加最多，達(dá)3.39個(gè)百分點(diǎn)。與陰性對(duì)照組CK1的MI（6.14±0.24）%相比，E液處理后MI降低最少（0.62個(gè)百分點(diǎn)），D液處理后MI降低0.87個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，農(nóng)村污水明顯抑制了根尖細(xì)胞的有絲分裂，但隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加抑制作用減弱，即MI與光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)之間呈正相關(guān)。

2.2 不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞微核的影響

用含不同量光合細(xì)菌的污水處理浸種蠶豆根尖，通過制片觀察微核的發(fā)生（圖1），并統(tǒng)計(jì)MNR、微核指數(shù)和微核抑制率（表1）。如圖1所示，在蠶豆根尖細(xì)胞的不同時(shí)期均觀察到了微核的發(fā)生。在細(xì)胞間期觀察到了多種微核類型，有單微核、雙微核和大微核，其中單微核最常見，數(shù)量最多，雙微核和大微核較少。在有絲分裂的過程中，也有微核的出現(xiàn)，即前期微核、后期微核和末期微核，其中后期微核和末期微核最常見。這可能與有絲分裂后期姊妹染色單體向兩級(jí)移動(dòng)的過程容易受到外界的干擾，出現(xiàn)染色體的斷裂有關(guān)。這些斷裂的染色體片段游離在細(xì)胞中形成了微核，隨著細(xì)胞的有絲分裂結(jié)束，隨機(jī)進(jìn)入到子細(xì)胞中，形成間期微核。由表1可見，隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)增加，MNR和微核指數(shù)降低、微核抑制率升高。用A液處理時(shí)，MNR最高，微核指數(shù)最高，微核抑制率最低。用E液處理時(shí)，MNR最低，微核指數(shù)最低，微核抑制率最高。A液和E液相比，MNR、微核指數(shù)、微核抑制率均相差較大。方差分析顯示，五個(gè)不同梯度的菌液均與陽性對(duì)照相比有差異，其中B液、C液、D液和E液均達(dá)到了極顯著差異。因此，認(rèn)為光合細(xì)菌能夠抑制污水所誘發(fā)的微核的產(chǎn)生，隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，對(duì)微核的抑制效應(yīng)越顯著。光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制作用與光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)之間存在計(jì)量-效應(yīng)關(guān)系，其相關(guān)方程式為y=0.352 057 x-3.302 06，式中，x代表光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)（%），y代表微核抑制率（%），R2=0.956 1。推測是光合細(xì)菌分解了污水中的有害物質(zhì)，減少了其對(duì)染色體的遺傳損傷。

2.3 不同處理液下蠶豆根尖細(xì)胞染色體畸變情況

用含不同量光合細(xì)菌的污水處理浸種蠶豆根尖，觀察細(xì)胞的有絲分裂，其間出現(xiàn)的染色體畸變主要有滯后染色體、染色體拋出、染色體橋、染色體環(huán)、三體和染色體斷片，有的染色體畸變呈并發(fā)狀（圖2）。分析發(fā)現(xiàn)，陽性對(duì)照的根尖染色體畸變類型最多，且形式復(fù)雜，呈并發(fā)狀。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，染色體畸變減少，畸變類型單一化。染色體結(jié)構(gòu)的變異主要表現(xiàn)是染色體拋出、染色體橋和染色體環(huán)；染色體行為變異的典型表現(xiàn)是染色體滯后；微核的誘發(fā)必然導(dǎo)致染色體數(shù)目的減少，產(chǎn)生非整倍體。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，染色體畸變類型減少，染色體畸變率降低，兩者呈負(fù)相關(guān)。

3 討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，光合細(xì)菌能夠抑制農(nóng)村污水對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞的遺傳毒害。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，MI和微核抑制率增加，根尖MNR和微核指數(shù)降低，染色體畸變程度降低。當(dāng)光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，有絲分裂指數(shù)最大、微核率最低、微核指數(shù)最小、微核抑制率最高、染色體畸變最少。可見，光合細(xì)菌通過代謝分解同化了農(nóng)村污水中的有害物質(zhì)，將農(nóng)藥和化肥的殘留降解，從而降低了污染物對(duì)蠶豆根尖染色體的遺傳損傷，緩解了有害物質(zhì)對(duì)蠶豆根尖有絲分裂的抑制，減少了微核的形成和染色體畸變的發(fā)生。前人研究發(fā)現(xiàn)洋蔥[9]和香菇[10]水提液能抑制環(huán)磷酰胺誘發(fā)的微核、蛹蟲草水提取液能抑制Cu2+誘發(fā)的微核[11]、蛹蟲草多糖能抑制紫外線誘發(fā)的微核[12]，而光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制效應(yīng)還未見報(bào)道。

光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制作用與光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)之間存在計(jì)量—效應(yīng)關(guān)系，可以擬合出直線回歸方程，可見體積分?jǐn)?shù)與抑制率雖然呈正相關(guān)，但是此方程的R2=0.956 1<0.99，不是一條標(biāo)準(zhǔn)的直線，隨著體積分?jǐn)?shù)的增加，微核抑制率的增加減緩，逐漸呈現(xiàn)平臺(tái)效應(yīng)。該試驗(yàn)肯定了光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的蠶豆根尖微核的抑制作用，為光合細(xì)菌對(duì)污水處理過的蠶豆根尖的細(xì)胞遺傳學(xué)效應(yīng)提供了資料，為最終開發(fā)出能夠治理農(nóng)村污水污染、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的光合細(xì)菌微生態(tài)肥料奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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[12] 朱蘊(yùn)蘭，邵 穎，陳安徽，等.蛹蟲草多糖對(duì)紫外線誘發(fā)蠶豆根尖細(xì)胞微核的影響[J].食品科學(xué)，2009，30（1）：177-180.

將蠶豆種子在水中浸泡24 h，待吸水膨脹后移到鋪有2層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，置于25 ℃黑暗培養(yǎng)50 h，待根長至1～2 cm時(shí)，隨機(jī)分成7組（每組20個(gè)蠶豆），即陰性對(duì)照組CK1（自來水）、陽性對(duì)照組CK2（農(nóng)村污水）和5個(gè)試驗(yàn)組。試驗(yàn)組處理液由污水和光合細(xì)菌原液混合配制，其中光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)分別為5%（A）、10%（B）、15%（C）、20%（D）和25%（E）。將7組蠶豆根尖分別用7種處理液浸根培養(yǎng)6 h，自來水沖洗，培養(yǎng)皿中自來水恢復(fù)培養(yǎng)24 h。分別剪取長1 cm左右的根尖在卡諾固定液中固定24 h，然后酸解、染色、制片、鏡檢。每個(gè)根尖觀察1 000個(gè)細(xì)胞。

1.4 數(shù)據(jù)分析

計(jì)算蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)（MI）、微核率 （MNR）、微核指數(shù)和微核抑制率。用Origin7.5數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性分析。

MI=（分裂期細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù)）×100%

MNR=（微核細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞總數(shù)）×1 000‰

微核指數(shù)=樣本微核率/陰性對(duì)照的微核率

微核抑制率=（陽性對(duì)照微核細(xì)胞數(shù)-樣本微核細(xì)胞數(shù)/陽性對(duì)照微核細(xì)胞數(shù)）×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響

對(duì)不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液處理后的蠶豆根尖細(xì)胞進(jìn)行了鏡檢觀察，結(jié)果表明，MI隨光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加而增加，分別為（3.41±0.24）%、（4.38±0.13）%、（4.87±0.16）%、（5.27±0.21）%、（5.52±0.26）%。與陽性對(duì)照組CK2的MI（2.13±0.11）%相比，A液處理MI增加最少，僅1.28個(gè)百分點(diǎn)；E液處理MI增加最多，達(dá)3.39個(gè)百分點(diǎn)。與陰性對(duì)照組CK1的MI（6.14±0.24）%相比，E液處理后MI降低最少（0.62個(gè)百分點(diǎn)），D液處理后MI降低0.87個(gè)百分點(diǎn)。由此可見，農(nóng)村污水明顯抑制了根尖細(xì)胞的有絲分裂，但隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加抑制作用減弱，即MI與光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)之間呈正相關(guān)。

2.2 不同濃度的光合細(xì)菌污水處理液對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞微核的影響

用含不同量光合細(xì)菌的污水處理浸種蠶豆根尖，通過制片觀察微核的發(fā)生（圖1），并統(tǒng)計(jì)MNR、微核指數(shù)和微核抑制率（表1）。如圖1所示，在蠶豆根尖細(xì)胞的不同時(shí)期均觀察到了微核的發(fā)生。在細(xì)胞間期觀察到了多種微核類型，有單微核、雙微核和大微核，其中單微核最常見，數(shù)量最多，雙微核和大微核較少。在有絲分裂的過程中，也有微核的出現(xiàn)，即前期微核、后期微核和末期微核，其中后期微核和末期微核最常見。這可能與有絲分裂后期姊妹染色單體向兩級(jí)移動(dòng)的過程容易受到外界的干擾，出現(xiàn)染色體的斷裂有關(guān)。這些斷裂的染色體片段游離在細(xì)胞中形成了微核，隨著細(xì)胞的有絲分裂結(jié)束，隨機(jī)進(jìn)入到子細(xì)胞中，形成間期微核。由表1可見，隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)增加，MNR和微核指數(shù)降低、微核抑制率升高。用A液處理時(shí)，MNR最高，微核指數(shù)最高，微核抑制率最低。用E液處理時(shí)，MNR最低，微核指數(shù)最低，微核抑制率最高。A液和E液相比，MNR、微核指數(shù)、微核抑制率均相差較大。方差分析顯示，五個(gè)不同梯度的菌液均與陽性對(duì)照相比有差異，其中B液、C液、D液和E液均達(dá)到了極顯著差異。因此，認(rèn)為光合細(xì)菌能夠抑制污水所誘發(fā)的微核的產(chǎn)生，隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，對(duì)微核的抑制效應(yīng)越顯著。光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制作用與光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)之間存在計(jì)量-效應(yīng)關(guān)系，其相關(guān)方程式為y=0.352 057 x-3.302 06，式中，x代表光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)（%），y代表微核抑制率（%），R2=0.956 1。推測是光合細(xì)菌分解了污水中的有害物質(zhì)，減少了其對(duì)染色體的遺傳損傷。

2.3 不同處理液下蠶豆根尖細(xì)胞染色體畸變情況

用含不同量光合細(xì)菌的污水處理浸種蠶豆根尖，觀察細(xì)胞的有絲分裂，其間出現(xiàn)的染色體畸變主要有滯后染色體、染色體拋出、染色體橋、染色體環(huán)、三體和染色體斷片，有的染色體畸變呈并發(fā)狀（圖2）。分析發(fā)現(xiàn)，陽性對(duì)照的根尖染色體畸變類型最多，且形式復(fù)雜，呈并發(fā)狀。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，染色體畸變減少，畸變類型單一化。染色體結(jié)構(gòu)的變異主要表現(xiàn)是染色體拋出、染色體橋和染色體環(huán)；染色體行為變異的典型表現(xiàn)是染色體滯后；微核的誘發(fā)必然導(dǎo)致染色體數(shù)目的減少，產(chǎn)生非整倍體。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，染色體畸變類型減少，染色體畸變率降低，兩者呈負(fù)相關(guān)。

3 討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，光合細(xì)菌能夠抑制農(nóng)村污水對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞的遺傳毒害。隨著光合細(xì)菌原液體積分?jǐn)?shù)的增加，MI和微核抑制率增加，根尖MNR和微核指數(shù)降低，染色體畸變程度降低。當(dāng)光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)為25%時(shí)，有絲分裂指數(shù)最大、微核率最低、微核指數(shù)最小、微核抑制率最高、染色體畸變最少?？梢姡夂霞?xì)菌通過代謝分解同化了農(nóng)村污水中的有害物質(zhì)，將農(nóng)藥和化肥的殘留降解，從而降低了污染物對(duì)蠶豆根尖染色體的遺傳損傷，緩解了有害物質(zhì)對(duì)蠶豆根尖有絲分裂的抑制，減少了微核的形成和染色體畸變的發(fā)生。前人研究發(fā)現(xiàn)洋蔥[9]和香菇[10]水提液能抑制環(huán)磷酰胺誘發(fā)的微核、蛹蟲草水提取液能抑制Cu2+誘發(fā)的微核[11]、蛹蟲草多糖能抑制紫外線誘發(fā)的微核[12]，而光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制效應(yīng)還未見報(bào)道。

光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的微核的抑制作用與光合細(xì)菌原液的體積分?jǐn)?shù)之間存在計(jì)量—效應(yīng)關(guān)系，可以擬合出直線回歸方程，可見體積分?jǐn)?shù)與抑制率雖然呈正相關(guān)，但是此方程的R2=0.956 1<0.99，不是一條標(biāo)準(zhǔn)的直線，隨著體積分?jǐn)?shù)的增加，微核抑制率的增加減緩，逐漸呈現(xiàn)平臺(tái)效應(yīng)。該試驗(yàn)肯定了光合細(xì)菌對(duì)污水誘發(fā)的蠶豆根尖微核的抑制作用，為光合細(xì)菌對(duì)污水處理過的蠶豆根尖的細(xì)胞遺傳學(xué)效應(yīng)提供了資料，為最終開發(fā)出能夠治理農(nóng)村污水污染、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、提高農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量的光合細(xì)菌微生態(tài)肥料奠定基礎(chǔ)。

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