鈣對(duì)鉛脅迫下蠶豆根尖細(xì)胞微核率和染色體畸變率的影響研究

張英慧 劉君

摘? ? 要：為了研究鉛、鈣復(fù)合處理對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞微核和染色體畸變的影響，采用2.5×10-4 mol/L PbCl2和不同濃度的CaCl2溶液培養(yǎng)蠶豆種子，以蒸餾水培養(yǎng)作為對(duì)照，培養(yǎng)4～7 d后，每天隨機(jī)取根尖固定、染色、壓片后鏡檢，觀察微核和染色體畸變，計(jì)算微核率和染色體畸變率。研究結(jié)果表明，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2能有效消除蠶豆的鉛中毒癥狀，降低微核率和染色體畸變率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2的效果非常明顯。但CaCl2濃度過高，不利于去毒害，尤其是2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2會(huì)抑制蠶豆根生長(zhǎng)，降低根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)。研究認(rèn)為，CaCl2在一定濃度范圍能有效消除蠶豆的鉛中毒癥狀，降低蠶豆根尖細(xì)胞的微核率和染色體畸變率。

關(guān)鍵詞：鉛;鈣;蠶豆;微核;染色體畸變

文章編號(hào)：1005-2690（2022）03-0007-03? ? ? ?中國圖書分類號(hào)：Q243? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

鉛及其化合物有毒，會(huì)造成大氣、土壤、水體污染，是對(duì)人類和生物影響較大的重金屬元素之一。鉛是植物的非必需元素。鉛與植物接觸后會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生一定的毒害作用，對(duì)根系的影響尤為顯著，輕則使植物體內(nèi)的代謝過程發(fā)生紊亂，生長(zhǎng)發(fā)育受到抑制，重則導(dǎo)致植物死亡[1]。

蠶豆產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富，且能結(jié)瘤固氮，提高土壤肥力，是一種重要的豆科作物。鈣在植物生長(zhǎng)發(fā)育中具有重要作用，也有多種生理功能，其在植物抗逆性中的作用越來越被人們所重視[2-3]。在施加10 mg/L 鎘的土壤中增施CaO能降低白菜根和葉片中的鎘含量，并可提高白菜產(chǎn)量[4]。

鉛對(duì)蠶豆的毒性效應(yīng)已有所研究[5]，針對(duì)鈣是否能在鉛中毒的蠶豆種子生長(zhǎng)過程中發(fā)揮解毒作用或者拮抗作用，通過檢測(cè)微核率和染色體畸變率進(jìn)行了這一研究。

1 材料與方法

1.1 材料

供試蠶豆品種為成胡15（Vicia faba，2n=12），購自成都豐源種苗有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

蠶豆種子經(jīng)0.5%次氯酸鈉（分析純，購自北京北化精細(xì)化學(xué)品有限責(zé)任公司）表面消毒，蒸餾水洗凈，分別在2.5×10-4 mol/L PbCl2溶液以及1×10-3 mol/L、5×10-3 mol/L、1×10-2 mol/L、2.5×10-2 mol/L、4×10-2 mol/L CaCl2（分析純，購自溫州市化學(xué)用料廠）+2.5×10-4 mol/L PbCl2（分析純，購自溫州市化學(xué)用料廠）溶液中進(jìn)行水培，以蒸餾水培養(yǎng)作為對(duì)照。每組培養(yǎng)200粒蠶豆，每組用8個(gè)培養(yǎng)皿，每皿25粒，培養(yǎng)時(shí)間為7 d。培養(yǎng)4～7 d，每天定時(shí)從每組中隨機(jī)取出兩個(gè)培養(yǎng)皿蠶豆，逐一測(cè)量根長(zhǎng)，然后切取根尖，用改良Carnoys固定液室溫固定，0.1 mol/L鹽酸解離，改良苯酚品紅染色、壓片，在Nikon FX-35WA光學(xué)顯微鏡下觀察蠶豆根尖分生組織區(qū)細(xì)胞有絲分裂，每組觀察8個(gè)根尖，每個(gè)根尖觀察500個(gè)以上細(xì)胞（每組共觀察4 000個(gè)以上細(xì)胞），觀察微核和染色體畸變，并計(jì)算微核率和染色體畸變率。用Origin軟件分別對(duì)微核率和染色體畸變率進(jìn)行T檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛、鈣復(fù)合處理對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞微核率的影響

鉛、鈣復(fù)合處理對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞微核率的影響如表1所示。

培養(yǎng)第四天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比降低了微核率，尤其是5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組效果非常顯著，其微核率與蒸餾水組相當(dāng);2.5×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比也降低了微核率，4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組的微核率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PbCl2處理組。試驗(yàn)結(jié)果說明，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2具有很好的去鉛毒害作用，而CaCl2濃度繼續(xù)增大則不利于去鉛毒害。2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組的微核率很低，不僅遠(yuǎn)低于Pb2+處理組，甚至低于蒸餾水組，但這并不能簡(jiǎn)單地說明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2就有很好的去鉛毒害作用，因?yàn)槲⒑寺?、染色體畸變率還與有絲分裂指數(shù)有一定的關(guān)系。在前期研究中，2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2抑制蠶豆根生長(zhǎng)，降低根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)，在較低的細(xì)胞分裂水平下不能正確反映微核率和染色體畸變率應(yīng)有的水平[6]。

培養(yǎng)第五天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比降低了微核率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組效果非常顯著，具有很好的去鉛毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比也降低了微核率，但并不說明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去鉛毒害作用，原因同前。

培養(yǎng)第六天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比降低了微核率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組效果非常顯著，具有很好的去鉛毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比也降低了微核率，但并不說明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去鉛毒害作用，原因同前。

培養(yǎng)第七天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比非常顯著地降低了微核率，具有很好的去鉛毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組也降低了微核率，但并不說明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去鉛毒害作用，原因同前。

2.2 鉛、鈣復(fù)合處理對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞染色體畸變率的影響

鉛、鈣復(fù)合處理對(duì)蠶豆根尖細(xì)胞染色體畸變率的影響如表2所示。

培養(yǎng)第四天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比降低了染色體畸變率，1×10-3 mol/L CaCl2效果顯著，5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2效果非常顯著，其中5×10-3 mol/L CaCl2+PbCl2處理組的染色體畸變率與蒸餾水組相當(dāng)，具有很好的去鉛毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組雖然也降低了染色體畸變率，但并不說明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去鉛毒害作用，原因在于染色體畸變率和有絲分裂指數(shù)有一定關(guān)系。

培養(yǎng)第五天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比降低了染色體畸變率，具有去鉛毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組雖然也降低了染色體畸變率，但并不能說明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去鉛毒害作用，原因同前。

培養(yǎng)第六天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比降低了染色體畸變率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組效果非常顯著，具有很好的去鉛毒害作用，2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組雖然也降低了染色體畸變率，但并不能說明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去鉛毒害作用，原因同前。

培養(yǎng)第七天，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組與PbCl2處理組相比降低了染色體畸變率，其中，5×10-3 mol/L CaCl2效果顯著，1×10-2 mol/L CaCl2效果非常顯著，具有很好的去鉛毒害作用;2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2+PbCl2處理組雖然也降低了染色體畸變率，但并不能說明2.5×10-2～4×10-2 mol/L CaCl2有很好的去鉛毒害作用，原因同前。

3 討論

在利用細(xì)胞遺傳毒理學(xué)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，必須保證測(cè)試材料具有一定的細(xì)胞分裂水平，這是檢測(cè)的必要條件。Zhou和Lin（1998）在液培條件下發(fā)現(xiàn)，隨營養(yǎng)液中鈣濃度增加，玉米幼苗鎘含量下降。Andersson和Nilsson（1974）[7]認(rèn)為，鈣可以與鎘競(jìng)爭(zhēng)植物根系上吸收位點(diǎn)，抑制植物對(duì)重金屬的吸收。席玉英等（1994）[8]研究了鈣、鋅對(duì)玉米幼苗吸收鎘、鉛的影響發(fā)現(xiàn)，在鋅濃度20 mg/L、鈣濃度400 mg/L的處理?xiàng)l件下，隨著鎘、鉛濃度增加，鋅對(duì)鎘、鉛吸收的抑制作用未減弱，其中鋅的抑制作用變化不大，而鈣的抑制作用則隨著鎘、鉛濃度的增加而逐漸增大，由此認(rèn)為鈣、鋅對(duì)鎘、鉛吸收和運(yùn)輸?shù)囊种谱饔貌⒉皇呛?jiǎn)單通過離子之間對(duì)細(xì)胞膜上離子載體或組織內(nèi)運(yùn)輸載體的競(jìng)爭(zhēng)而產(chǎn)生的，而是通過一些更為復(fù)雜的機(jī)理進(jìn)行的。大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為，在植物中，鈣拮抗鎘的作用可能是鈣能競(jìng)爭(zhēng)性抑制鎘吸收，從而減少鎘的毒害作用[9-10]。體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與鈣半徑相近的鎘和鉛等重金屬離子具有取代或置換鈣的作用，產(chǎn)生生物效應(yīng)[11]。

本研究結(jié)果表明，1×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2能有效消除蠶豆鉛中毒癥狀，促進(jìn)蠶豆根生長(zhǎng)，提高根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)，降低微核率和染色體畸變率，其中5×10-3～1×10-2 mol/L CaCl2的效果非常明顯。CaCl2濃度增大，不利于去毒害，尤其是4×10-2 mol/L CaCl2加深了鉛的毒害作用，抑制蠶豆根生長(zhǎng)，降低根尖細(xì)胞有絲分裂指數(shù)，雖然降低了微核率和染色體畸變率，但這并不能簡(jiǎn)單地說明4×10-2 mol/L CaCl2具有去鉛毒害的作用，原因在于在很低的細(xì)胞分裂水平下不能正確地反映染色體畸變應(yīng)有的水平[12]。

鈣是一種廉價(jià)的調(diào)節(jié)劑，深入研究鈣對(duì)重金屬污染物的拮抗作用，對(duì)于充分利用和改造被重金屬污染的土壤、提高植物的抗性和保護(hù)環(huán)境都具有重要的意義[13-15]。

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