丙酯草醚對植物細胞有絲分裂的影響

蘭大偉， 劉永立

(1.浙江工商大學(xué)東方語言文化學(xué)院，浙江杭州 310058；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310058)

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丙酯草醚對植物細胞有絲分裂的影響

蘭大偉1， 劉永立2*

(1.浙江工商大學(xué)東方語言文化學(xué)院，浙江杭州 310058；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310058)

[目的]探討丙酯草醚的除草機理。[方法]以洋蔥根尖為試材，探討不同時間和不同濃度丙酯草醚對根尖分生細胞有絲分裂的影響。[結(jié)果]隨著丙酯草醚處理濃度的增加，洋蔥根尖有絲分裂指數(shù)逐漸下降；在同一濃度下，隨著處理時間的延長，有絲分裂指數(shù)也呈下降趨勢。對不同處理下的洋蔥根尖細胞形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，在低濃度(0.012 5%)丙酯草醚短時間(2 h)處理下，洋蔥根尖分生區(qū)中仍可見中、后、末期3種分裂狀態(tài)的細胞。但在超過8 h的高濃度(0.100 0%)丙酯草醚處理下，分裂態(tài)細胞明顯減少，分生區(qū)有明顯較多分裂中期的細胞。[結(jié)論]丙酯草醚對根尖細胞的分裂有明顯抑制作用，并使根尖細胞停滯于有絲分裂中期。

丙酯草醚；根尖；有絲分裂

有絲分裂是高等植物形態(tài)建成中細胞增殖的主要方式，通過它可以將載有遺傳信息的DNA精確地分配到2個子細胞中，維持遺傳的穩(wěn)定性，因而對生長發(fā)育有重要意義。真核細胞由間期進入有絲分裂期后，伴隨著一系列變化發(fā)生，包括細胞形狀改變、細胞骨架重排、核膜崩解、核仁分解消失、染色體凝聚、紡錘體的形成、染色體的移動、細胞壁的產(chǎn)生以及基因轉(zhuǎn)錄和翻譯暫時抑制等[1]。與此同時，細胞內(nèi)蛋白質(zhì)磷酸化的水平顯著上升。進一步研究表明，上述各種變化的發(fā)生可能是由某些特定的蛋白質(zhì)磷酸化引起的，導(dǎo)致這些蛋白質(zhì)磷酸化的是一些特定的蛋白激酶，而影響這些酶活性及其調(diào)控因子的因素如Ca2+/CaM、有絲分裂因子(MF)、促成熟因子(MPF)均影響有絲分裂的啟動。而有絲分裂過程必需的細胞物質(zhì)與結(jié)構(gòu)[2]的合成易受除草劑及其他因素的干擾或抑制。

據(jù)報道，在現(xiàn)有的300多種除草劑中，約25%的除草劑品種是通過抑制、破壞有絲分裂來干擾雜草生長發(fā)育[3]。在這些以影響有絲分裂為作用方式的除草劑中，大多直接或間接地作用于微管并最終導(dǎo)致有絲分裂受抑制。但也有少數(shù)是通過限制有絲分裂過程中所需的營養(yǎng)物質(zhì)來抑制細胞進入或完成有絲分裂的，如磺酰脲類除草劑就是以ALS為作用點，阻止一些氨基酸(Val、Ile、Leu)合成，從而抑制細胞分裂[4]。破壞植物細胞有絲分裂的除草劑對有絲分裂的破壞形式表現(xiàn)不同，有的除草劑使有絲分裂停滯于中期，有的停滯于間期或早前期狀態(tài)，有的形成多細胞，還有的形成多極分裂構(gòu)象。丙酯草醚是否通過破壞植物細胞有絲分裂而殺除雜草，如果破壞細胞有絲分裂，又表現(xiàn)為哪種形式，丙酯草醚脅迫下的根尖有哪些細胞變異等尚不明確。為了進一步探討丙酯草醚的除草機理，為其使用技術(shù)的確定提供參考，筆者首次以觀察根尖有絲分裂經(jīng)典材料洋蔥為試材，用不同濃度丙酯草醚分別處理洋蔥根尖，探討了不同時間丙酯草醚處理后對植物根尖分生組織細胞有絲分裂的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 材料選用食用洋蔥(AlliumcepaLinn)；除草劑用丙酯草醚的商品藥劑——油力。

1.2 方法 當(dāng)保濕培養(yǎng)的洋蔥不定根長到1～2 cm時，依次轉(zhuǎn)入到含有不同濃度(0.012 5%、0.025 0%、0.050 0%、0.100 0%)丙酯草醚溶液中繼續(xù)培養(yǎng)，在丙酯草醚藥液中分別培養(yǎng)1、2、4、8、12 h，于22:00切取根尖端2～3 mm。對照為蒸餾水培養(yǎng)的根尖，用卡諾氏固定液(無水乙醇∶冰醋酸=3∶1)固定24 h，置于70%乙醇中，于4 ℃冰箱保存。

將固定的根尖用蒸餾水沖冼干凈，置于1 mol/L HCl中，60 ℃水浴解離6 min，再用蒸餾水沖凈。取根尖的分生組織，常規(guī)制片，用改良石炭酸品紅染液染色。壓片鏡檢，觀察統(tǒng)計細胞有絲分裂指數(shù)率，Olympus光學(xué)顯微鏡下觀察，每處理至少觀察3個切片，共計100個以上的細胞基數(shù)。記錄分生區(qū)各分裂時期的細胞數(shù)，統(tǒng)計出不同處理下的分生區(qū)有絲分裂指數(shù)以及各處理下的相對有絲分裂指數(shù)，同時觀察根尖分生區(qū)細胞形態(tài)有無異常并進行顯微攝影。

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

相對有絲分裂指數(shù)=處理的有絲分裂指數(shù)/對照有絲分裂指數(shù)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 丙酯草醚對細胞有絲分裂指數(shù)的影響 由表1可知，在同一處理時間下隨著丙酯草醚濃度的增加，有絲分裂指數(shù)逐漸下降，如用0.012 5%、0.025 0%、0.050 0%、0.100 0%丙酯草醚均處理4 h，其有絲分裂指數(shù)分別為9.2%、7.0%、4.7%、4.3%。但在同一濃度下有絲分裂指數(shù)卻以處理2 h較高，4個丙酯草醚濃度處理下的有絲分裂指數(shù)分別為12.7%、10.9%、6.4%和5.5%，這可能是由于丙酯草醚的抑制作用還未發(fā)揮出來。而2 h后，丙酯草醚作用發(fā)揮逐漸增強，故各處理下有絲分裂指數(shù)在2 h后有所下降。在同一濃度下，隨著處理時間延長，相對有絲分裂指數(shù)也呈下降趨勢。

表1 丙酯草醚對細胞有絲分裂指數(shù)的影響

2.2 丙酯草醚對根尖細胞形態(tài)的影響 對不同處理下的洋蔥根尖細胞形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，在低濃度(0.012 5%)丙酯草醚短時間(2 h)處理下，洋蔥根尖分生區(qū)細胞分裂指數(shù)雖比對照有所下降，但分生區(qū)中仍可看到中、后、末3種分裂狀態(tài)的細胞(圖1a、b)。但在超過8 h的高濃度(0.100 0%)丙酯草醚處理下，分裂態(tài)細胞明顯減少，分生區(qū)有明顯較多分裂中期的細胞(圖1c)，表明丙酯草醚對根尖細胞的分裂有明顯抑制作用，并使根尖細胞停滯于有絲分裂中期。

3 結(jié)論與討論

該研究表明，丙酯草醚對洋蔥根尖有絲分裂有明顯的抑制作用，并使有絲分裂細胞停滯處于中期狀態(tài)。Bartels等[5]研究發(fā)現(xiàn)，有絲分裂毒劑如氯苯胺靈或苯胺靈可以抑制細胞分裂各期的細胞活性，促使染色體收縮，分生細胞畸形。慕小倩等[6]研究發(fā)現(xiàn)，雙酯靈對洋蔥根尖分生區(qū)細胞分裂的抑制形式表現(xiàn)為分生區(qū)細胞停滯積累于間期或早前期狀態(tài)。張宗儉等[7]研究除草通的毒性效應(yīng)時發(fā)現(xiàn)，除草通能阻止玉米根尖分生組織細胞從前期向中、后、末期過渡，并引起染色體凝集、縮短以及微核、多核等一系列畸形與異常變化。Ramulu等[8]用甲基胺草磷(APM)處理懸浮細胞能獲得大量有絲分裂中期細胞，染色體可以散落地分布在整個細胞中，誘導(dǎo)產(chǎn)生微核頻率受物種差異、細胞生長和有絲分裂活動的影響，生長旺盛的細胞比生長遲緩的細胞產(chǎn)生微核的頻率高。蘇少泉[9]認為乙基氨基甲酸類除草劑破壞大麥根尖細胞的有絲分裂，使根內(nèi)細胞體積增大，形成許多多倍體核，染色體不同程度地收縮，產(chǎn)生多核細胞，細胞分裂中期的核大大增多。G?mürgen[10]利用2,4-D處理洋蔥時產(chǎn)生一系列異常有絲分裂細胞，并導(dǎo)致中期染色體細胞積累。

丙酯草醚也屬于ALS抑制劑，也是以ALS為作用點阻止Val、Ile、Leu的生物合成，從而抑制細胞有絲分裂。

注：a.丙酯草醚(0.100 0%)處理洋蔥根尖8 h后處于有絲分裂中期的細胞(600×);b.丙酯草醚(0.012 5%)處理洋蔥根尖2 h后處于有絲分裂后期的細胞(600×);c.丙酯草醚(0.012 5%)處理洋蔥根尖2 h后處于有絲分裂末期的細胞(600×)。Note:a.The root tip cells in middle mitosis of onion treated by 0.100 0% 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives for 8 h(600×); b.The root tip cells in late mitosis of onion treated by 0.012 5% 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives for 2 h(600×);c.The root tip cells in end mitosis of onion treated by 0.012 5% 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives for 2 h(600×).圖1 丙酯草醚對根尖細胞形態(tài)的影響Fig.1 Effect of 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives on root tip cells form

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Effect of 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine Derivatives on Plant Mitosis

LAN Da-wei1,LIU Yong-li2*

(1. School of Oriental Language & Culture,Zhejiang Gongshang University,Hangzhou,Zhejiang 310018;2.College of Agriculture & Biotechnology,Zhejiang University,Hangzhou,Zhejiang 310058)

[Objective] The aim was explore the herbicidal mechanism of 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives (ZJ0273).[Method] We studied the effect of ZJ0273 on meristematic zone cells and mitosis of onion root tips.[Result] The onion root tip mitotic index gradually decreased with ZJ0273 concentration increasing,and the mitotic index also showed a decline trend with the extension of treatment time at the same concentration.The cellular morphology of onion root tip was observed at low concentrations (0.012 5%) and in short time (2 h),and three stages of division mitotic cells could be seen.But the division state cells significantly reduced in high concentration (0.100 0%) treatment after more than 8 h,and meristematic zone had more metaphase cells.[Conclusion] The mitotic index of root tips is decreased under the treatment by ZJ0273,and mitosis cells stagnate at the interphase.

2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives;Root tip;Mitosis

浙江省科技廳科技攻關(guān)重大農(nóng)業(yè)項目(J31334)。

蘭大偉(1979- )，男，陜西大荔人，碩士，從事園藝植物生物技術(shù)研究。*通訊作者，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事園藝植物生物技術(shù)研究。

2016-11-23

S 482.4

A

0517-6611(2016)36-0005-02