微核率_染色体畸变率与重金属离子的关系初探

第 6 卷 199 6 年 第 4 期 12 月 哲里木畜牧 学院学报 J o u rn a l of Z he lim u A n im a lH us ban d ry Co ll眼e \产0 1 . 6 N o . 4 1〕e e 19 96 微核率 、染色体畸变率与重金属离子的关系初探 · 孙振雷 牛海 山 刘瑞民 (哲里木畜牧学院草原系 ) 摘 要 , 蚕豆根尖微核率(MC N F ) 、染色体畸变率(〔渡F )与重金属离子间有明显的效应一剂量关 系 。 在较低剂量情况下 , 两者呈直线回归 ; 在较高条件下 , 据本实验 (采用 Pb 和掩 )结果 , 随处理 浓度的提高 , 其关系曲线为“ M ”形 。 通过对聚丙烯酞胺过氧化物同功酶电泳的结果及前人成果分 析 , 认为这与同工酶变化及抗性酶活性有关。 另外 , 对于 Pb 、掩 处理 , 间期 MC N F , 中期 以F 和 后期〔风F 随浓度的升高并不同步达到最大值 , 即中期 CA F 与剂量的线性区段长于其他两者 。 关健词 蚕豆根尖 ;微核率 ;染色体畸变率 ;重金属离子 ; 过氧化物同工酶 近些年来 , 人们普遍采用测定蚕豆根尖微核率 、染色体畸变率 的方法来监测环境污染 (包 括重金属污染 ) , 进行遗传毒理学研究或筛选诱变剂等工作(’) 。 然而并非在低于植物致死剂 量的任何剂量范围内都可利用此监测方法 。 因此对于 〔沮F 、 MCN F 与重金属离子间关 系的 探讨必将有助于我们恰当地运用此方法 , 提高测定结果的准确性 。 1 . 与方法 1 . 1 材料 选 自白皮蚕豆 (赤峰产) , 蚕豆(Vi ci a fa ba ) , 染色体数少 (2 。 二 12 )且形体大 , 便于观察 。 1 . 2 方法 1 . 2 . 1 处理液 的配制 : c u 、 Pb J 奄 处理 液各设 五个浓 度水平 , 单 位 : 毫克 / 升 。 c u : 1 00 、 2 0 0 、 3 0 0 、 4 0 0 、 5 0 0 。 Pb : 2 5 0 、 5 0 0 、 1 0 0 0 、 2 0 0 0 、 3 0 0 0 。 J触. : 2 0 、 5 0 、 7 0 、 10 0 、 15 0 。 1 . 2 . 2 材料处理 :选择颗粒饱满 、大小均匀的蚕豆种子置于烧杯 中用蒸馏水浸泡 24 小时 。 吸 胀后置于培养皿中 , 下垫吸水纸两层 , 室温下培养至根长 1一 1 . 5 。m 时分组用处理液处理 2 小 时 , 然后取出洗净 , 用经过高压灭菌的细沙恢复培养 2 2 小时。 每一组中取部分种子将根尖切 下作切片观察用 , 另一部分继续培养 。 1 . 2 . 3 切片观察 : 固定 (山 ro n 固定液 24 小时 ) , 水解 “N H CI 、 60 ℃ 、 10 分钟 ) 、染色 (卡宝红 染液 , 6 小时 ) , 压片。 1 . 2 . 4 同工酶分析 : 在继续培养的植株上 , 剪取顶部茎叶 1 9 , 按北京农业大学 (生物化学实验 指导>介绍的方法进行聚丙烯酞胺过氧化物同工酶 电泳分析 , 本实验采用柱状 电泳 。 结果与分析 2 . 1 细胞学分析结果 每一组均随机选取 4 个根尖进行压片 , 每片取 1 0 0 0 个间期相并数出有微核细胞数。 100 收稿日期 : 1 9 9 6一 0 6一2 4 哲 里 木 畜 牧 学 院 学 报 第 6 卷 个中期相和 10 0 个后期相并数出有染色体畸变的细胞数 , 畸变类型主要有 : 染色体断片 、染色 体环 、微小体 、染色体粘连 、后期桥等 。 (见表 1 . 图版 1 、 2 、 3 、 4 )。 2 . 1 . 1 C u 处理 : 处理浓度与间期 MCN下 , 中期及后期 CA F 间均呈直线相关 。 间期 : Y = 1 3 . 9 1 7 + 0 . 0 5 X 了 = 0 . 8 8 (P < 0 . 0 5 ) 中期 : Y = 1 . 9 2 2 + 0 . O14 X r = 0 . 9 7 (P ( 0 . 0 1 ) 后期 : Y = 10 . 9 6 + 0 . 0 2 9 X r = 0 . 9 0 7 (P ( 0 . 0 5 ) 2 . 1 . 2 Pb 处理 : (见图 1 、 2 、 3) 间期 M CNF 随浓度升高呈下降趋势 。 2 50 毫克 /升处 , M。V F 最大 。 从 50 0 毫克/ 升开始浓度与 M CN F 呈直线相关 (Y = r = 一0 . 9 , 0 . 05 水平相关显著 )中 期 C AF 与处理浓度间曲线呈“ M ”后期呈 “ N ”形 。 2 . 1 . 3 掩 处理 : (见图 4 、 5 、6) 间期 M C N F 、后期 c A F 与处理浓度间的曲线呈 “M ”形 。 而中 期 〔沮F 与处理浓度间呈直线相关 。 2 . 2 同工酶结果分析 2 . 2 . 1 c u 处理 : 均存在 Rf = 0 . 10 、 Rf = 0 . 巧 、 Rf 二 0 . 27 这三条带 , 除 c “ 2 00 处 , 均存在 叹了 = 0 . 3 9 带 , 而 C u Z oo 与 C :‘4 0 0 又有 Rf = 0 . 3 5 带 。 2 . 2 . 2 Pb 处 理 : 均存在 Rf 二 0 . 99 、 Rf 二 0 . 28 、 R f = 0 . 38 这三 条带 , 然而除 CK 与 Pb 1 000 处 , 其它浓度水平均存在 Rf 二 0 . 15 带 。 2 . 2 . 3 1触 处理 : 均 存在 Rf 二 0 . 0 9 、 Rf 二 0 . 15 、 Rf 二 0 . 2 4 、 Rf 二 0 . 36 四条带 , 五毯50 多一条 Rf = 0 . 3 3 带 。 另外 , 掩50 ) 触. 二 100 , Rf 二 0 . 36 带是二级带 。 其它浓度水平 Rf 二 0 . 36 带是 二级带。 3 . 结果与讨论 正如本试验中 C “ 处理一样 , 前人 已 多有止 及 (2 、 3 、4 、5 ) , Pb “ 十 浓度在 2 00 毫克 / 升 以下 。 掩“十 在 2 00 毫克 / 升以下时 , 浓度与 M CN F 、CA F 呈直线相关 。诱变因素导致 的初级损伤如碱基交联 、聚合 、取代基的结合或 D N 八 链断裂 , 或经过一次 s 期错误复制 (M is re Pl ic at ion ) , 或经 G : 期 的一次错误修复 (械 s rePa ir )便 可出现畸变 , 再经 一次细胞分裂 , 方形成微核 。 各种类型染色体畸变 (“) , 在一定程度 内 , 随重金属处理 浓度的提 高 , 错误复制与错误修复机率增加 , 造成了前述的线性关系 。 尽管微核的成因尚在争论 中(7 ) 。 但以上说法较有影响。 至于为什么最终还出现一次下降趋势 , 前人也有许多论述 (“、9 ) , 认为随浓度的升高 , 尽管 诱变作用加强 , 但是细胞活动受阻 , 损伤细胞增加 , 但这些细胞没有在预定时间进入分裂期而 滞留在 间期 。 因此观察时的 CA F 、 MC N F 反而较低 。 笔者认为 , 这种解释是合乎逻辑的 , 只 是尚需对本实验中出现 “M ”形 曲线的结果进行更进一步的探讨 。 过氧化物同工酶分析结果 为我们提供 了一个有价值的线 索 , Pb 处理中 , 只有 尸b 一 10 0 0 与 CK 无 Rf 二 0 . 15 带 , 而 尸b - 1 000 正是 “ M ”曲线中央的拐点 。 掩 处理中掩一 50 多 出一条 R f 二 0 . 33 带 , 且 月嗜~ 5 0 、掩 一 70 的 Rf 二 0 . 3 6 带为二级带 , 而其余均为三级带 。 当然过氧化物 同工酶并不一定对染色体畸变 有直接影响 。 但是它至少可以一定程度地反映细胞的活动性 (‘’、‘2 ) 。 Pb一 1 0 0 0 处 , 细胞活动性 最低 , 所以 MCN F 、CA F 亦是最谷 。 月公~ 5 0 、 月公~ 1 0 0 处 , 细胞活动性有所升高 , 所以 M〔W F 、 cA F 随之出现两个高峰 。 由此看来 , 同工酶分析结果与细胞学观测结果的相吻合绝非偶然 , 反过来 , 也验证了畸变率较高的情况 下细胞活动性程度 的确极大影响了 M CN F 、 〔沮F 观测 哲 里 木 畜 牧 学 院 学 报 第 6 卷 3 8 . 4 2 士 1 5 . 0 2 3 9 . 8 2 士 1 6 . 0 3 8 . 4 3 士 5 . 8 8 2 0 . 0 4 士 1 0 . 8 6 7 . 2 7 土 1 . 8 8 2 4 . 4 0 士 8 . 5 8 002 ”I† 掩2 十 2 5 . 7 5 土 1 1 . 6 2 9 . 6 7 士 2 . 7 2 17 . 2 7 士 7 . 3 1 4 6 . 1 5 士 1 2 . 7 0 9 . 6 4 士 4 . 3 1 2 1 . 5 4 士 8 . 1 1 3 2 . 2 6 士 1 9 . 8 3 14 . 6 5 士 6 . 2 4 16 . 8 8 士 3 . 2 2 0)0泪叹011”7l(厂 中期蔺变.韶U ‘几l . !l飞 2 0 间期徽核率气‘岁 25 0 5 0 0 1 0 0 0 2 0 0 0 3 00 0 ( 滚度 圈 l 二“ 5 0 0 111 1)0 艺0 00 J fl 一10 ( 该度 圈 2 ,且尸.lee卜,lwe-L 加””-、,j咭 ‘J勺11 间期.核甲(汤Ž 心5 111⋯后曲期空.乃肠„ } . : . ⋯ 艺, 口 弓0 0 10〔9 2 0 0〔 ‘一I一〕I遭 了浓度 圈 . 1 . , I, ! 6 1二 I弓O ( 浓度 ) 圈 4 ,一!l||厂eeeeee卜|.1Ž! .!L-后翔咬变甲ƒ肠„1 Leeeees4weJ-ee卜IJ.lleeJ.L 期中日交.ƒ场„ { } , . , · _ _ _ J 3U 了0 圈 5 . l’10 卜 ’l ‘单度 初 111 111 11 1 511 《浓度 , 圈‘. 图 1—6 p b Z 十 ( 1 一 3 ) , 掩 2 十 ( 4 一 6 )的不同浓度处理和 染色体崎变 , 微核的关系 第 4 期 孙振雷等 : 微核率 、染色体畸变率与重金属离子的关系初探 峋目日同日日.蜘国洲曰曰日†Hg l二一j 舍I q l助一 卜 ) 的 n 抽川 : 肠盆礼“ 网口目日甲日、 矛1. 10 0 肠 卜加l一IO n P‘SOO P七25 fl 接 口目日川”口 空 一口目日日恻口 . 口国日日一嗣口 浅 口日川日同口 派 网日目日日同. 图 7 不 同处理 同功酶 图语 如果前人及本试验结果的确反映出某种必然的话 。 可以得 出这样的结论 : M CN F 、 C AF 能与处理浓度以线性正相关的形式达到一最大值 , 以后则呈非线性或下降趋势 。 果真如此 , 则 此最大值对应的处理浓度以下的范围才是蚕豆根尖方法用于各种观测 目的的可利用区间 。 本实验中 , 对于 子触. 处理 : 间期 加江二N F 后期 c A F 在近 50 毫克 / 升处已达最大值 , 而中期 CA 尸在 15 0 毫克 / 升以前仍处于直线上升阶段 。 对于 Pb 处理 , 中期 〔沮F 在近 500 毫克 / 升 处达此最大值 , 而间期 MCN F 至少在近 2 50 毫克 / 升处或以前 , 后期 G AF 在近 2 50 毫克 / 升 处 已达此最大值 。 因此 , 即使这不是所有重金属的共同规律 , 那么根据本 实验 的结果 , 至少经 过 尸b Z 十 和 梅“十 处理的蚕豆根尖 , 其 M C N F 、 CA F 观测值随处理浓度升高 并不同步达最大 值 。 所以运用蚕豆根尖方法监测重金属污染或其 他研究时 , 如果重金 属剂量较大 , 则将 中期 、 后期相不加区分混在一起计数染色体畸变细胞 , 并计算 c AF , 其结果很可能是不准确的 。 另外 , 如上所述 , 经 五嗜和Pb 这两种金属处理的蚕豆根尖细胞 , 其 中期 以F 与剂量 间的 线性区段长于其它两者 , 即中期 G 代F 以与剂量呈线性相关的形式达最大值的 “ 时间 ”要 晚 。 其原因尚不明 。 所以在监测较大剂量重金属污染时 , 利用中期 G AF 可能更好一些 。 参 考 文 献 1 . 沈光平等 . 遗传 , 1 9 8 5 , 7 ( l)一1 5 一 17 2 . 郭婉如等 . 环境科学 , 19 85 , 5 ( 1) 一45 一 59 6 哲 里 木 畜 牧 学 院 学 报 第 6 卷 3 . 贺维顺等 . 环境科学学报 , 1 9 83 , 3 (2 )一9 4 一 1 0 0 4 . 邵岳生 . 四川大学学报 (自然科学版 ) , 19 8 8 , (l) 一105 一 108 5 . 刘爱华等 . 动物学研究 , 1 9 90 , 1 1 (2) 一 103 一 108 6 . 沈光平等 . 遗传学报 , 1 98 4 , 2 1 (2 )一 1 0 9 一 1 1 2 7 . 曹佳 . 生物科学动态 , 1 988 , 4 , 27 8 . 李建华等 . 遗传 , 1 9 89 , 1 1(l)一8 一 9 9 . 王钦南等 . 遗传 , 19 8 6 , 8 (2 )一2 8 一 3 0 1 0 . 柯善强等 . 武汉植物学研究 , 1 9 8 9 , 7 (1) 一59 一 64 1 1 . 王亚馥 . 实验生物学报 , 1 9 89 , 2 2 (1 )一l一 7 1 2 . 补忠占等 . 植物学通报 , 1 9 89 , 6 (2 )一 2 1 2 一 2 15 1 3 . 吴家燕等 . 农业环境保护 , 1 9 9 1 , 10 (6 )一2 4 4 一 2 4 7 In vesrig ation on R elation Betw ee n MCNF , CAF a n d H eavy Io n S u n Z} Ze n le i N io u H 泛is h a n L io u R u im in (R a n g e S e ie n e e D e p a r t m e n t , Z he Lim u A n im a l H u sb a n d r y CO ll e g e ) A b s tr ae ts T h e r ela t io n be tw e e n MCN F , CAF a n d he a v y io n w a s s tu d ie d . T he r e s u lts sho w e d th a t a t lo w e r d o s e th e b o th a p p e a r lin e a r r e g r e s s io n ; a n d a t big he r d o s e (Pb , H g )the b o th a p p e a r “ M ” sh a p e . A n a ly s e s o f p e r o x id a s e iso g ym e s sho w e d th a t re la t io n b e tw e e n M CN F , CA F a n d he a v y io n 15 in t e r r e la t e d a e t iv it y o f iso g ym e a n d r e s is ta n t e n g yrn e k e y w o rd s MC N F ; CA F ; H e a v y io n ; P e r o x id ase iso g ym e