除草劑乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞有絲分裂的影響

（新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830000）

棉花是我國(guó)重要的戰(zhàn)略物資，也是我國(guó)重要的農(nóng)作物之一，新疆由于其獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)及光熱資源，是全國(guó)最大的商品棉生產(chǎn)基地[1]。棉花的主副產(chǎn)品都有較高的利用價(jià)值，不僅可用于油料，也可以用作紡織品的原料，在世界經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的迅速發(fā)展方面起著重要的作用。但棉田雜草常年與棉花爭(zhēng)奪水分、養(yǎng)分和空間，嚴(yán)重影響棉花的生長(zhǎng)、分枝和結(jié)桃，造成棉花產(chǎn)量損失14%～16%，危害嚴(yán)重時(shí)，可造成棉花減產(chǎn)高達(dá)60%[2]，嚴(yán)重制約了棉花的優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)[3]。

除草劑乙草胺具有低毒、高效、安全、持效期長(zhǎng)、殘留量小等眾多特點(diǎn)[4]，對(duì)禾本科雜草的防除效果優(yōu)于闊葉雜草。在土壤中持效性為45 d左右[5]，在玉米播種后出苗前用50%乙草胺乳油108 mL/667 m2，藥后28 d，對(duì)雜草的株防效可達(dá)89.7%，對(duì)玉米安全且增產(chǎn)[6]，90%乙草胺乳油施用量為3 L/hm2，可有效防除甘薯田禾本科的雜草和部分闊葉雜草，最高防效可達(dá)90%以上，增產(chǎn)25.3%[7]；麥類(lèi)和谷類(lèi)作物對(duì)乙草胺敏感，不宜施用。乙草胺直接在作物上噴施會(huì)嚴(yán)重抑制其出苗，不可直接在作物上噴施，在過(guò)道或行間噴施也可能對(duì)苗期作物產(chǎn)生逆境脅迫，當(dāng)植物處于逆境時(shí)，體內(nèi)活性氧和自由基的濃度急劇升高導(dǎo)致植物細(xì)胞不能正常代謝，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生傷害，影響其正常生長(zhǎng)發(fā)育，除草劑對(duì)作物來(lái)說(shuō)是一種逆境脅迫，為適應(yīng)這種脅迫，植株體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)會(huì)發(fā)生一系列的變化[8]。

目前在試驗(yàn)室條件下關(guān)于除草劑乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞有絲分裂影響的研究較少。本研究參考農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上乙草胺的使用濃度與時(shí)間，設(shè)置乙草胺處理棉花根尖的使用濃度分別為0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L 和2.0 mg/L，處理時(shí)間分別為12 h、24 h、48 h 和72 h，探討乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)和染色體形態(tài)的影響，為棉田安全有效地使用乙草胺提供細(xì)胞遺傳學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試棉花種子為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院提供的新陸早50號(hào)。

供試試劑：60%乙草胺乳油、卡諾氏固定液、改良石炭酸品紅、70%乙醇、蒸餾水、1 mol/L HCL。

供試儀器：顯微鏡、電子天平、水浴鍋、恒溫箱、蓋玻片、載玻片、鑷子、叉子、刀片、離心管、吸量管、量筒、燒杯、一次性手套等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 根尖培養(yǎng)與處理

將飽滿(mǎn)的棉花種子在室溫下用蒸餾水浸泡24 h，待種子吸脹萌發(fā)，放入滴有蒸餾水的濕潤(rùn)濾紙上常溫培養(yǎng)，待棉花根尖長(zhǎng)0.2 cm 時(shí)用不同濃度（0.1 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L、2.0 mg/L）的乙草胺分別處理12 h、24 h、48 h 和72 h，以蒸餾水處理為對(duì)照。

1.2.2 固定解離壓片

將處理完成的棉花根尖用蒸餾水清洗干凈，用卡諾氏固定液固定24 h，清洗根尖上的卡諾氏固定液，清洗的根尖放入裝有1 mol/L HCL 的小燒杯中，在60 ℃水浴條件下解離5 min，用改良苯酚品紅染色液染色3～4 min，常規(guī)壓片。

1.2.3 鏡檢計(jì)數(shù)

試驗(yàn)設(shè)5 次重復(fù)，對(duì)每一個(gè)試驗(yàn)組觀察6～8個(gè)不同濃度與不同時(shí)間處理不同植株的棉花根尖，每個(gè)制片統(tǒng)計(jì)約250個(gè)細(xì)胞。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同濃度的乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響

通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，乙草胺抑制棉花根尖細(xì)胞有絲分裂周期，影響細(xì)胞有絲分裂指數(shù)。由表1可知，乙草胺最低處理濃度為0.1 mg/L時(shí)，處理時(shí)間12 h 和24 h 的有絲分裂指數(shù)分別為8.46%和8.18%，均低于對(duì)照，且差異不顯著。這說(shuō)明低濃度的乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞有絲分裂的抑制作用不明顯。當(dāng)乙草胺濃度為0.1 mg/L時(shí)，處理48 h和72 h的有絲分裂指數(shù)分別為7.69%和6.58%，與對(duì)照之間存在極顯著差異（p ＜0.01）。當(dāng)乙草胺濃度為1.0 mg/L 時(shí)，與對(duì)照之間存在極顯著差異（p ＜0.01），說(shuō)明高濃度的乙草胺干擾細(xì)胞代謝過(guò)程，影響細(xì)胞有絲分裂數(shù)，降低細(xì)胞有絲分裂指數(shù)。

由試驗(yàn)結(jié)果可知，當(dāng)處理時(shí)間固定不變時(shí)，乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞有絲分裂的抑制作用隨著濃度的提高而增加。隨著乙草胺毒性作用時(shí)間的延長(zhǎng)，棉花根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)逐漸降低，乙草胺處理時(shí)間越長(zhǎng)，棉花根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)越低。說(shuō)明一定濃度的乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞的有絲分裂的抑制作用表現(xiàn)出乙草胺毒性的積累效應(yīng)。

2.2 除草劑乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞染色體形態(tài)的影響

表1 乙草胺不同處理濃度與處理時(shí)間對(duì)棉花根尖細(xì)胞分裂指數(shù)與染色體形態(tài)的影響

用不同濃度的乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞進(jìn)行處理，對(duì)根尖分裂細(xì)胞的染色體形態(tài)進(jìn)行了仔細(xì)觀察。用乙草胺處理棉花根尖細(xì)胞出現(xiàn)染色體畸變現(xiàn)象，畸變現(xiàn)象主要有染色體斷片、染色體不均等分裂、染色體環(huán)、染色體黏連、染色體滯后等（圖1）。

由表1可知，當(dāng)乙草胺處理濃度為0.1 mg/L，處理12 h，沒(méi)有觀察到染色體畸變類(lèi)型；當(dāng)乙草胺濃度達(dá)到1.0 mg/L，處理時(shí)間12 h，染色體畸變率為1.38%，與對(duì)照之間存在顯著差異（p ＜0.05）。處理24 h，乙草胺處理濃度為0.5 mg/L 時(shí)，染色體畸變率與對(duì)照相比差異顯著（p ＜0.05），乙草胺處理濃度為1.0 mg/L時(shí)，染色體總畸變率達(dá)到2.54%。且與對(duì)照之間的差異極顯著（p ＜0.01）。處理48 h，乙草胺處理濃度0.5 mg/L時(shí)，染色體畸變率與對(duì)照相比有顯著差異（p ＜0.05）。

結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)不同濃度的乙草胺乳油處理后，棉花根尖分生組織的細(xì)胞在不同濃度、不同處理時(shí)間下，正常的有絲分裂受到了影響，隨著乙草胺乳油處理時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)和濃度的增加，出現(xiàn)不同程度的染色體畸變現(xiàn)象。如出現(xiàn)了微核、染色體斷片、染色體黏連、染色體不均等分離、染色體橋等多種染色體畸變的類(lèi)型。其中，染色體不均等分離其產(chǎn)生的原因主要是乙草胺干擾了紡錘體微細(xì)胞微管的正常形成，使得染色體不能正常移動(dòng)兩極，從而導(dǎo)致染色體的兩極不等分離。

3 討論

有絲分裂是高等植物生長(zhǎng)發(fā)育中細(xì)胞增殖的主要方法，高等植物發(fā)生有絲分裂的部位是植物的根尖、莖葉的生長(zhǎng)點(diǎn)及幼葉等生長(zhǎng)部位的分生組織[10]。有絲分裂指數(shù)是體細(xì)胞分裂的頻率和根尖生長(zhǎng)速率的一個(gè)重要參數(shù)[11]。棉花根尖吸收乙草胺后根尖細(xì)胞染色體發(fā)生染色體畸變和細(xì)胞異常分裂，從而引起細(xì)胞分裂指數(shù)下降，抑制根尖生長(zhǎng)。由于微核與棉花染色體的畸變效應(yīng)具有明顯的相關(guān)性，可作為一種反映染色體外源性畸變因素對(duì)細(xì)胞染色體的損傷效應(yīng)強(qiáng)度的重要指標(biāo)[12]。因此，微核的外源性試驗(yàn)已經(jīng)成為了測(cè)定乙草胺對(duì)棉花根尖細(xì)胞畸變損傷效應(yīng)的簡(jiǎn)便試驗(yàn)方法。棉花根尖細(xì)胞染色體數(shù)目較多，其根尖分生區(qū)細(xì)胞分裂旺盛，對(duì)環(huán)境誘變物的損傷較為敏感，微核效應(yīng)比較容易觀察[13]。

研究結(jié)果表明，乙草胺是內(nèi)吸性酰胺類(lèi)選擇性除草劑，對(duì)植物根系具有抑制呼吸作用，干擾核酸和蛋白質(zhì)的合成。而且在遺傳上也造成DNA分子的嚴(yán)重?fù)p傷。

4 結(jié)論

在本試驗(yàn)條件下，乙草胺處理時(shí)間對(duì)棉花根尖細(xì)胞有絲分裂和染色體畸變的影響要比濃度更顯著。0.1 mg/L乙草胺處理時(shí)間為12 h 和24 h時(shí)細(xì)胞分裂指數(shù)處于高水平，細(xì)胞染色體沒(méi)有出現(xiàn)畸變現(xiàn)象。處理時(shí)間長(zhǎng)，乙草胺的積累對(duì)染色體的毒性比較大，細(xì)胞有絲分裂指數(shù)降低，染色體畸變與對(duì)照相比有極顯著差異。用2.0 mg/L濃度乙草胺處理72 h時(shí)后，細(xì)胞分裂指數(shù)與對(duì)照相比有極顯著性差異，染色體畸變細(xì)胞比較多，畸變率達(dá)到最高水平。乙草胺隨著處理濃度增加及時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)棉花根尖細(xì)胞有絲分裂和染色體形態(tài)有抑制作用增加。因此，在棉花生產(chǎn)中使用乙草胺防除雜草，應(yīng)掌握適宜的濃度，才能達(dá)到最佳除草效果。