三葉鬼針草對小麥根尖細(xì)胞的致畸作用

張志雯，梁興國，郭艾英，秦 玲，李春華

(河北科技師范學(xué)院，河北 秦皇島，066600)

三葉鬼針草對小麥根尖細(xì)胞的致畸作用

張志雯，梁興國，郭艾英，秦 玲，李春華

(河北科技師范學(xué)院，河北 秦皇島，066600)

為了確定入侵植物三葉鬼針草對小麥根尖的細(xì)胞遺傳毒性，選擇不同濃度的三葉鬼針草根、莖、葉浸提液處理小麥根尖，采用常規(guī)染色體壓片技術(shù)，觀察小麥根尖細(xì)胞有絲分裂的變化。結(jié)果表明，不同濃度的三葉鬼針草根、莖、葉浸提液處理小麥，可以顯著降低根尖細(xì)胞的有絲分裂指數(shù)，顯著提高微核率和染色體畸變率，且影響程度均隨濃度的升高逐漸增大。而相同濃度三葉鬼針草根、莖、葉浸提液處理小麥根尖，影響程度由大到小的順序?yàn)槿~，莖，根。綜合三葉鬼針草浸提液對小麥根尖細(xì)胞有絲分裂3個指標(biāo)的影響，三葉鬼針草對小麥根尖細(xì)胞有明顯的遺傳毒性。

三葉鬼針草；浸提液；小麥根尖；細(xì)胞分裂指數(shù)；遺傳毒性

三葉鬼針草(BidenspilosaL.)為雙子葉植物綱菊科植物，原產(chǎn)于美洲，是入侵我國的惡性危害雜草。由于其強(qiáng)烈的入侵性，目前已在我國快速廣泛的蔓延，不僅危害到當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)，而且威脅到生物多樣性和生態(tài)安全[1～6]。植物通常會通過根、莖、葉等向土壤和空氣中揮發(fā)化學(xué)物質(zhì)，對周圍植物的生長和成熟等方面起著抑制或是促進(jìn)作用[7]?；凶饔脤ι锇踩约吧锒鄻有燥@得尤為重要，目前已有關(guān)于入侵植物對旱稻、黃瓜、小麥、花生等作物種子萌發(fā)、幼苗生長、生理生化指標(biāo)及產(chǎn)量影響的報道[8～14 ]，以及入侵植物火炬樹、黃頂菊、加拿大蓬、紫茉莉等對小麥、蠶豆遺傳毒性的報道[ 15～18]，但尚無關(guān)于三葉鬼針草對小麥遺傳毒性影響方面的報道。筆者以普通小麥為材料，研究三葉鬼針草根、莖、葉浸提液對小麥根尖細(xì)胞的遺傳毒性，以期在細(xì)胞水平上揭示其化感作用，為進(jìn)一步了解三葉鬼針草的入侵機(jī)制提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

普通小麥京冬8號(2n=6x=42)。

1.2 浸提液制備

將三葉鬼針草的根、莖、葉分開洗凈，自然風(fēng)干至恒質(zhì)量，研碎成粉末。分別稱取10 g粉末加200 mL蒸餾水，30 ℃恒溫水浴震蕩提取48 h，離心所得上清液于45 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至100 mL，即得到質(zhì)量濃度為100 g/L的根、莖、葉浸提液。

1.3 材料處理

選擇均勻一致的小麥種子，用蒸餾水浸泡吸脹，在25 ℃下培養(yǎng)。種子露白后，分別用不同質(zhì)量濃度(100，75，50，25，0 g/L)的根、莖、葉浸提液處理24 h，然后用蒸餾水恢復(fù)培養(yǎng)，待根長至約1.5 cm時，切取根尖，用卡諾氏固定液(V(無水乙醇)∶V(冰醋酸)=3∶1)固定24 h以上，轉(zhuǎn)入體積分?jǐn)?shù)為0.70乙醇中4 ℃保存?zhèn)溆?。改良卡寶品紅染液染色，常規(guī)制片。每處理取10個根尖，每個根尖統(tǒng)計1 000 個細(xì)胞，分別計算有絲分裂指數(shù)、微核率和染色體畸變率，并對畸變細(xì)胞顯微攝影。

有絲分裂指數(shù)=(分裂細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞數(shù))×100%

微核率=(微核細(xì)胞數(shù)/觀察細(xì)胞數(shù))×1 000‰

染色體畸變率=(染色體畸變細(xì)胞數(shù)/分裂細(xì)胞數(shù))×100%

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用DPS 7.05軟件進(jìn)行分析，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 三葉鬼針草浸提液對小麥根尖有絲分裂指數(shù)的影響

三葉鬼針草根、莖、葉不同質(zhì)量濃度的浸提液均可降低小麥根尖細(xì)胞的有絲分裂指數(shù)(表1)，降低幅度隨浸提液質(zhì)量濃度的升高而逐漸增大。3個部位浸提液不同濃度處理的小麥根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)均顯著低于對照(CK)，不同濃度處理間差異顯著。

當(dāng)浸提液的質(zhì)量濃度為25 g·L-1時，經(jīng)三葉鬼針草根浸提液處理與經(jīng)莖浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞之間的有絲分裂指數(shù)差異不顯著，經(jīng)莖浸提液處理與經(jīng)葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞之間有絲分裂指數(shù)差異不顯著，但經(jīng)葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)顯著低于經(jīng)根浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)。當(dāng)浸提液的質(zhì)量濃度為50 g·L-1時，經(jīng)莖、葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)顯著低于經(jīng)根浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)，但經(jīng)莖浸提液處理和經(jīng)葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞之間有絲分裂指數(shù)差異不顯著。當(dāng)浸提液的質(zhì)量濃度為75 g·L-1和100 g·L-1時，經(jīng)根、莖、葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞的有絲分裂指數(shù)依次降低，且經(jīng)三葉鬼針草不同部位浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞之間有絲分裂指數(shù)差異顯著(表2)。

表1 不同質(zhì)量濃度三葉鬼針草浸提液對小麥根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響 %

注：每列同組數(shù)字后不同字母表示在0.05水平上 差異顯著，以下各表同。

表2 三葉鬼針草不同部位浸提液對小麥根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響 %

2.2 三葉鬼針草浸提液對小麥根尖細(xì)胞微核率的影響

三葉鬼針草根、莖、葉不同質(zhì)量濃度的浸提液處理小麥根尖，均可使根尖細(xì)胞的微核率升高，升高幅度隨浸提液質(zhì)量濃度的升高而逐漸增大。三葉鬼針草根、莖、葉不同質(zhì)量濃度浸提液處理后，小麥根尖細(xì)胞的微核率均顯著高于對照組，不同質(zhì)量濃度處理間差異顯著(表3)。

當(dāng)三葉鬼針草浸提液質(zhì)量濃度為25 g·L-1時，根、莖、葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞微核率依次升高，但三者之間差異不顯著。當(dāng)浸提液質(zhì)量濃度為50 g·L-1時，莖、葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞的微核率顯著高于根浸提液處理微核率，莖浸提液和葉浸提液處理之間的微核率差異不顯著。當(dāng)浸提液質(zhì)量濃度為75 g·L-1時，根、莖、葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞的微核率依次升高，三者之間差異顯著。而當(dāng)浸提液質(zhì)量濃度為100 g·L-1時，莖和葉浸提液處理的根尖細(xì)胞微核率差異不顯著，但二者均顯著高于根浸提液處理的微核率(表4)。

表3 不同質(zhì)量濃度三葉鬼針草浸提液對小麥根尖細(xì)胞微核率的影響 ‰

表4 三葉鬼針草不同部位浸提液對小麥根尖細(xì)胞微核率的影響 ‰

2.3 三葉鬼針草浸提液對小麥根尖細(xì)胞染色體畸變率的影響

三葉鬼針草根、莖、葉浸提液處理小麥根尖，均可以影響小麥根尖細(xì)胞染色體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，致使細(xì)胞中出現(xiàn)多種類型的染色體畸變，包括微核、染色體斷片、染色體橋、染色體滯后、染色體多極分布、染色體解旋不同步等(圖1)。

圖1 經(jīng)三葉鬼針草根、莖、葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞染色體畸變類型a 微核；b,c 染色體斷片；d,e 染色體橋；f 染色體滯后；g 染色體多極分布；h 染色體不同步

三葉鬼針草根、莖、葉不同質(zhì)量濃度的浸提液均可增加小麥根尖細(xì)胞的染色體畸變率，增加幅度隨浸提液質(zhì)量濃度的升高逐漸增大。三葉鬼針草相同部位浸提液不同質(zhì)量濃度處理的染色體畸變率均顯著高于對照組，不同質(zhì)量濃度處理間存在顯著差異(表5)。

當(dāng)浸提液質(zhì)量濃度為25 g·L-1時，經(jīng)三葉鬼針草葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞染色體畸變率顯著高于經(jīng)根和莖浸提液處理的，但經(jīng)根、莖浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞染色體畸變率之間差異并不顯著。當(dāng)浸提液質(zhì)量濃度為50 g·L-1時，經(jīng)根、莖、葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞染色體畸變率依次升高，經(jīng)根和莖浸提液處理的染色體畸變率之間差異不顯著，經(jīng)莖和葉浸提液處理的畸變率之間差異頁不顯著，而經(jīng)根和葉浸提液處理的畸變率之間差異顯著。當(dāng)浸提液質(zhì)量濃度為75 g·L-1和100 g·L-1時，經(jīng)根、莖、葉浸提液處理的小麥根尖細(xì)胞染色體畸變率依次升高，三者之間差異均達(dá)到顯著水平(表6)。

表5 不同質(zhì)量濃度三葉鬼針草浸提液對小麥根尖細(xì)胞染色體畸變率的影響 %

表6 三葉鬼針草不同部位浸提液對小麥根尖細(xì)胞染色體畸變率的影響 %

3 結(jié)論與討論

植物化感物質(zhì)主要是通過自然揮發(fā)、雨霧淋溶、根系分泌和植株分解等途徑進(jìn)入周圍環(huán)境，影響與其伴生植物的生長。當(dāng)化感物質(zhì)積累一定量后，就會抑制植物種子萌發(fā)，引起植物生理生化指標(biāo)和細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)的變化，抑制其他植物的生長，在新環(huán)境中爭取更多的資源和空間，使其成為優(yōu)勢種群[19～24]。植物種群正常的繁衍生息依賴個體的正常生長發(fā)育，個體正常的生長發(fā)育依賴于分生組織細(xì)胞正常的生長分裂。所以通過觀察植物分生區(qū)細(xì)胞有絲分裂的變化，可以反映入侵植物在細(xì)胞遺傳方面的化感作用機(jī)理[22]。

本次研究結(jié)果表明，三葉鬼針草水浸提液能抑制小麥根尖細(xì)胞的有絲分裂，影響小麥根尖細(xì)胞的染色體形態(tài)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致多種畸變的發(fā)生，且影響程度隨著浸提液濃度的升高而增加。這與時麗冉等[15]對火炬樹、楊麗娟等[25]對香絲草、陳麗萍等[17]對加拿大蓬的研究結(jié)果一致。綜合對小麥根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)、微核率和染色體畸變率等3個指標(biāo)的影響，相同濃度的三葉鬼針草根、莖、葉浸提液相比，影響程度由大到小的順序?yàn)椋喝~，莖，根。所以，三葉鬼針草水溶性化感物質(zhì)對小麥的遺傳穩(wěn)定性具有一定的影響，能對小麥造成不可逆的遺傳損傷，由此影響到小麥的正常生長發(fā)育并最終影響小麥產(chǎn)量。因此，在小麥種植區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)對三葉鬼針草的防治，以減少其入侵給小麥生產(chǎn)帶來的危害。

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(責(zé)任編輯：朱寶昌，陳于和)

Teratogenic Effects ofBidenspilosaon Wheat Root Tip Cells

ZHANG Zhiwen, LIANG Xingguo, GUO Aiying, QIN Ling, LI Chunhua

(Hebei Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao Hebei,066600,China)

The teratogenic effects ofBidenspilosaL. on wheat root tip cells were studied. The wheat root tips were treated with different concentration extract from root, stem and leaf ofBidenspilosa. The mitotic index, micronucleus frequency and chromosome aberration rate of wheat root tips treated with different concentrations ofBidenspilosaextracts were investigated. The results showed that the mitotic indexes decreased significantly, micronucleus frequency and chromosome aberration rate increased significantly as the increase of the extract concentration. The leaf extract had a serious effect on wheat root tip cells, and then in turn stem extracts, root extracts with the same concentration. As to the mitotic index, micronucleus frequency and chromosome aberration rate,Bidenspilosaextract produced obvious genetic toxicity on wheat root tip cells.

BidenspilosaL.;extract;wheat root tip;mitotic index;cytogenetic toxicity

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2016.04.006

河北省高等學(xué)?？茖W(xué)研究項(xiàng)目(項(xiàng)目編號:2010246)。

2016-12-06；修改稿收到日期: 2016-12-27

Q343.5

A

1672-7983(2016)04-0033-05

張志雯(1979-)，女，碩士，實(shí)驗(yàn)師。主要研究方向：生物技術(shù)與小麥遺傳改良。