叢娟 李連貴 宮莉
摘要:采用植物細胞核畸變技術(shù),研究了苯胺和硝基苯胺的濃度、染毒時間對大蒜根尖細胞的遺傳毒性效應(yīng)。結(jié)果表明,苯胺和硝基苯胺均能抑制大蒜根尖細胞的有絲分裂,誘發(fā)較高頻率的核畸變。在相同濃度或染毒時間條件下,硝基苯胺的遺傳毒性要顯著地強于母體化合物苯胺。當溶液濃度為3.0 mg/L時,鄰硝基苯胺和對硝基苯胺染毒處理4 h、間硝基苯胺染毒處理5 h,可使大蒜根尖細胞微核率和總畸變率均達到最大值,分別為49.18‰、45.67‰、43.13‰和7.90%、7.32%、6.98%,之后隨著溶液濃度的增大與染毒時間的延長,微核率和總畸變率呈下降趨勢,但均高于對照和苯胺處理。該研究可為苯胺、硝基苯胺環(huán)境污染的質(zhì)量評估提供技術(shù)參考。
關(guān)鍵詞:苯胺;硝基苯胺;大蒜;根尖細胞;遺傳毒性
中圖分類號:O623.731;S633.4;Q355 文獻標識碼:A文章編號:0439-8114(2012)06-1142-04
Genetic Toxicity of Aniline and Nitroaniline on the Root Tip Cells of Allium sativum
CONG Juan,LI Lian-gui,GONG Li
(College of Chemical and Life Science, Changchun University of Technology, Changchun 130012, China)
Abstract: The genotoxic effects of the aniline and nitroaniline on root tip cells of Allium sativum L.were studied using the technique of plant cell nucleus aberrance. The results showed that both aniline and nitroaniline could inhibit the mitosis of root tip cell of A. sativum and induce a higher frequency of nuclear aberrance. The genetic toxicity of nitroaniline was stronger than that of aniline in the same conditions of concentration and exposure time. When the root tip cells were treated for 4 h with ortho-nitroaniline and p-nitroaniline and 5 h with m-nitroaniline at the concentration of 3.0 mg/L, the micronucleus rate and total aberration rate reached the maximum of 49.18‰, 45.67‰, 43.13‰, and 7.90%, 7.32%, 6.98% respectively. After that the micronucleus rate and total aberration rate showed a decreasing trend as the concentration and exposure time increasing, but higher than the control and aniline treatment group. The study provided a technical reference for the evaluation of aniline and nitroaniline environmental pollution.
Key words: aniline; nitroaniline; Allium sativum L.; root tip cells; genetic toxicity
苯胺類化合物是合成染料、制藥和橡膠硫化等化學工業(yè)產(chǎn)生的重要污染排放物,對環(huán)境造成了很大的影響。人體長期接觸此類化合物,會引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)及其他臟器的損害,并有溶血作用,可發(fā)生溶血性貧血,大量接觸還可引起肝損害[1-4]。目前,有關(guān)苯胺、硝基苯胺對生物體毒性作用的研究多見于微生物和動物實驗方面的報道[2-8],而對植物細胞的毒害作用研究較少[9,10],尤其是遺傳致畸方面的研究尚未見報道。試驗以百合科(Liliaceae)蔥屬(Allium L.)植物大蒜(A. sativum L.)為材料,研究了苯胺、硝基苯胺對大蒜根尖細胞有絲分裂及細胞核畸變的影響,闡明了苯胺、硝基苯胺對大蒜根尖細胞的遺傳毒性效應(yīng)。以期為利用植物檢測技術(shù)來評價苯胺、硝基苯胺的環(huán)境風險提供技術(shù)參考。
1材料與方法
1.1材料
供試材料大蒜購于長春市歐亞超市,產(chǎn)地為山東省壽光市。供試藥劑苯胺、鄰硝基苯胺、間硝基苯胺、對硝基苯胺均為分析純,配成濃度為10 mg/L的母液,使用時進行梯度稀釋;還有Carnoy固定液、HCl(1 mol/L)、醋酸-堿性品紅染色液。儀器主要有AL101電子分析天平、HH-2恒溫水浴鍋、MoticBA300顯微攝錄系統(tǒng)等。
1.2方法
將濃度為10 mg/L的苯胺、鄰硝基苯胺、間硝基苯胺、對硝基苯胺母液進行梯度稀釋,分別配成0.3、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 mg/L的處理溶液,以去離子水為對照。選取大小均勻、無病害的大蒜鱗莖,在25 ℃、避光環(huán)境里水培生根。待根長至1.0~1.5 cm時,于細胞分裂高峰期部分移入不同濃度的各處理溶液中,進行6 h的染毒處理;另一部分移入各化合物3 mg/L的處理液中,染毒時間分別為1、2、3、4、5、6、7、8 h;然后轉(zhuǎn)入去離子水中恢復培養(yǎng)24 h,Carnoy液中固定24 h,經(jīng)HCl(1 mol/L)解離、醋酸-堿性品紅染色液染色后,壓片鏡檢。參照文獻[11]、[12]的標準判定大蒜根尖細胞的微核及畸變細胞。每一處理選?。怠秱€根尖,約有5 000~6 000個細胞。統(tǒng)計大蒜根尖的細胞分裂、微核及總畸變細胞數(shù),按下列公式計算大蒜根尖細胞分裂指數(shù)、微核率及總畸變率(包括微核、雙核、染色體單橋及斷片等所有核畸變現(xiàn)象)。
分裂指數(shù)=分裂期細胞數(shù)/觀察細胞總數(shù)×100%;
微核率=具有微核細胞數(shù)/觀察細胞總數(shù)×1 000‰;
總畸變率=畸變細胞總數(shù)/觀察細胞總數(shù)×100%。
所得數(shù)據(jù)均用SPSS 17.0統(tǒng)計分析軟件進行t檢驗分析。
2結(jié)果與分析
2.1苯胺、硝基苯胺溶液濃度對大蒜根尖細胞有絲分裂及畸變的影響
將生長較一致的大蒜根尖組織分別在不同濃度的苯胺和鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液中染毒處理6 h,恢復培養(yǎng)24 h,結(jié)果苯胺和鄰硝基苯胺、間硝基苯胺、對硝基苯胺溶液對大蒜根尖細胞分裂指數(shù)、微核率、總畸變率的影響情況見圖1。由圖1A可以看出,當染毒時間一定時,在所選擇的試驗濃度范圍內(nèi),苯胺和硝基苯胺對大蒜根尖細胞有絲分裂的影響表現(xiàn)較為一致,即溶液濃度越高,對細胞有絲分裂的抑制作用越強,細胞分裂指數(shù)也越低。統(tǒng)計分析顯示,當苯胺溶液濃度為1.0 mg/L時,大蒜根尖細胞分裂指數(shù)降為對照的84.0%,反映出抑制作用顯著(P<0.05);當苯胺溶液濃度達3.0 mg/L以上時,則抑制作用極顯著(P<0.01)。而硝基苯胺對大蒜根尖細胞有絲分裂的抑制作用要強于苯胺,當鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液的濃度為0.3 mg/L時,其大蒜根尖細胞有絲分裂的抑制作用就已經(jīng)達到了苯胺溶液濃度為1.0 mg/L時的水平,此時的鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺處理的大蒜根尖細胞分裂指數(shù)分別為對照的83.0%、84.8%和87.2%,表現(xiàn)出顯著的下降趨勢(P<0.05);當鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液濃度達0.5 mg/L時,大蒜根尖細胞分裂指數(shù)則分別降為對照的69.1%、71.4%和75.9%,差異達到了極顯著水平(P<0.01);并且隨著硝基苯胺溶液濃度的進一步增大,細胞分裂指數(shù)大幅度下降,當鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液濃度達5.0 mg/L時,大蒜根尖細胞分裂指數(shù)分別為3.38%、3.72%、4.40%,只有對照的25.5%、26.7%和33.1%。由圖1B和圖1C可以看出,苯胺和硝基苯胺對大蒜根尖細胞均有較強的遺傳致畸作用。經(jīng)t檢驗分析顯示,當苯胺溶液濃度在1.0 mg/L時,大蒜根尖細胞微核率為8.60‰,增加顯著(P<0.05);大蒜根尖細胞總畸變率為1.85%,增加極顯著(P<0.01);且隨著濃度的升高,微核率、總畸變率呈升高的變化趨勢。而硝基苯胺溶液濃度在0.1~3.0 mg/L范圍內(nèi),微核率和總畸變率隨著濃度的升高而增大;當鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液濃度在0.3 mg/L時,與對照相比微核率增加顯著(P<0.05),分別為9.10‰、8.81‰、7.52‰;總畸變率增加極顯著(P<0.01),分別為1.86%、1.67%、1.39%;當鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液濃度為3.0 mg/L時,微核率分別為38.80‰、37.60‰、34.07‰,總畸變率分別為6.82%、6.37%、5.67%,均達到了試驗范圍內(nèi)的最高值;但當鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液濃度達3.0 mg/L以上后,微核率和總畸變率則表現(xiàn)為下降趨勢,其中尤以鄰硝基苯胺、對硝基苯胺下降的幅度大,這可能是由于鄰硝基苯胺、對硝基苯胺較間硝基苯胺對根尖細胞具有更強的毒性效應(yīng)、導致死亡細胞增多所致。并且試驗中發(fā)現(xiàn),在5.0 mg/L濃度處理下,鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液處理均有個別根尖變黑、出現(xiàn)細胞死亡的現(xiàn)象。
2.2苯胺、硝基苯胺染毒時間對大蒜根尖細胞有絲分裂及畸變的影響
以3.0 mg/L的苯胺和鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺溶液對大蒜根尖進行染毒處理,改變?nèi)径緯r間,恢復培養(yǎng)24 h,結(jié)果苯胺和鄰硝基苯胺、間硝基苯胺、對硝基苯胺溶液對大蒜根尖細胞分裂指數(shù)、微核率、總畸變率的影響情況見圖2。從圖2A可以看出,當溶液濃度一定時,在試驗設(shè)定的染毒時間范圍內(nèi),苯胺和硝基苯胺對大蒜根尖細胞有絲分裂的影響表現(xiàn)較為一致,均表現(xiàn)為隨染毒時間的延長其抑制作用增強,使大蒜根尖細胞分裂指數(shù)降低,尤以鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺的影響顯著。當染毒處理2 h時,鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺處理的大蒜根尖細胞分裂指數(shù)分別降為對照的82.6%、86.7%、88.1%,抑制作用顯著(P<0.05),并且隨著染毒時間的繼續(xù)延長,細胞分裂指數(shù)下降幅度增大;當染毒時間達8 h時,其大蒜根尖細胞分裂指數(shù)分別降為對照的24.3%、26.8%、31.5%。從圖2B和圖2C可以看出,在試驗設(shè)定的染毒時間內(nèi),苯胺處理隨著染毒時間的延長,大蒜根尖細胞的微核率和總畸變率均呈升高的變化趨勢;而鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺處理則呈現(xiàn)出先升高后下降的變化趨勢,均表現(xiàn)出對大蒜根尖細胞有較強的遺傳致畸作用。經(jīng)t檢驗分析顯示,當染毒處理為2 h時,鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺處理的大蒜根尖細胞微核率分別為16.12‰、14.05‰、11.00‰,總畸變率分別為2.84%、2.67%、2.46%,與對照相比差異均為極顯著(P<0.01),且隨著染毒時間的延長微核率和總畸變率大幅度升高,當鄰硝基苯胺、對硝基苯胺染毒處理4 h和間硝基苯胺染毒處理5 h時,其微核率和總畸變率均達到最大值,分別為49.18‰、45.67‰、43.13‰和7.90%、7.32%、6.98%,之后隨著時間的延長微核率和總畸變率下降。當染毒處理達8 h時,鄰硝基苯胺、對硝基苯胺、間硝基苯胺處理的微核率和總畸變率分別降為23.47‰、25.26‰、29.28‰和4.44%、4.65%、5.02%,但仍高于苯胺處理。并且部分根尖變色甚至出現(xiàn)死亡。這表明隨著染毒時間的延長,有害物質(zhì)在大蒜根尖細胞中大量積累,毒害作用增強,導致根尖分生組織細胞死亡,使大蒜根尖細胞分裂指數(shù)、微核率和總畸變率明顯下降。
2.3苯胺和硝基苯胺對大蒜根尖細胞遺傳毒性的綜合分析
對圖1、圖2進行綜合分析,可以看出,在相同濃度或染毒時間條件下,硝基苯胺對大蒜根尖細胞有絲分裂的抑制作用和遺傳致畸作用都要明顯地強于母體化合物苯胺。這可能是由于-NO2的引入,大大增加了母體結(jié)構(gòu)的親核反應(yīng)活性,改變了苯胺類化合物與細胞內(nèi)蛋白質(zhì)、DNA及DNA合成、DNA修復、細胞分裂有關(guān)的酶類等大分子物質(zhì)的結(jié)合能力,使其毒性增大,干擾細胞內(nèi)正常的物質(zhì)代謝過程[5,6],其結(jié)果是一方面延緩或抑制了細胞有絲分裂的進程,使細胞分裂指數(shù)降低明顯;另一方面,引起了細胞中DNA和染色體損傷、紡錘體出現(xiàn)紊亂以及影響細胞分裂后期細胞板的形成等,從而導致細胞分裂及染色體出現(xiàn)異常,產(chǎn)生雙核、微核、染色體單橋、斷片等畸變現(xiàn)象(圖3),致畸效應(yīng)明顯。
苯胺和硝基苯胺對大蒜根尖細胞的遺傳毒性效應(yīng)與溶液濃度和染毒時間有著直接的關(guān)系。在試驗設(shè)定的條件內(nèi),苯胺和硝基苯胺對大蒜根尖細胞有絲分裂的抑制作用均隨著溶液濃度的升高和染毒時間的延長而增強。在遺傳致畸方面,苯胺處理的大蒜根尖細胞微核率和總畸變率均隨著溶液濃度的升高和染毒時間的延長而增大;而硝基苯胺處理在一定濃度和一定的處理時間范圍內(nèi),大蒜根尖細胞微核率和總畸變率隨著溶液濃度的增大和處理時間的延長而升高,但超過一定范圍后,卻呈下降變化;這是由于隨著溶液濃度的升高和染毒時間的延長,進入細胞中的有害物質(zhì)增多,對細胞的毒害作用增強,導致死亡的根尖細胞增多所致。尤以鄰硝基苯胺、對硝基苯胺的影響最為顯著,當溶液濃度為3.0 mg/L、染毒處理4 h時,大蒜根尖細胞微核率和總畸變率均達到最大值,分別為49.18‰、45.67‰和7.90%、7.32%,間硝基苯胺的影響稍弱。這一結(jié)果與于瑞蓮等[6]研究的硝基苯胺對發(fā)光菌、蘇麗敏等[7]研究的硝基苯胺對大型蚤以及王月等[8]研究的硝基苯胺對牛血清白蛋白的毒性作用結(jié)果較為一致。
此外,觀察還發(fā)現(xiàn),隨著溶液濃度的增加和染毒時間的延長,大蒜根尖細胞的畸變細胞種類也明顯增多,在畸變的細胞中尤以微核細胞居多,這可能是由于諸如染色體單橋、斷片、滯后等多種畸變現(xiàn)象在間期時均表現(xiàn)為微核所致[11,12]。
3小結(jié)
試驗證明,苯胺和硝基苯胺均能抑制大蒜根尖細胞有絲分裂,具有直接和間接的DNA損傷作用,能引發(fā)較高頻率的細胞核畸變,表現(xiàn)出一定的遺傳毒性。硝基苯胺的毒性作用明顯強于其母體化合物苯胺,并且毒性大小與取代基位置密切相關(guān),其排序為鄰位>對位>間位。
苯胺和硝基苯胺對大蒜根尖細胞的遺傳毒性效應(yīng)與溶液濃度和染毒時間都有著直接關(guān)系,在試驗設(shè)定的濃度和時間范圍內(nèi),它們對大蒜根尖細胞有絲分裂的抑制作用均隨著溶液濃度的升高和染毒時間的延長而增強;在遺傳致畸方面,苯胺作用的大蒜根尖細胞微核率和總畸變率均隨其濃度升高和染毒時間延長而增大,而硝基苯胺作用的大蒜根尖細胞微核率和總畸變率是隨其濃度的增大和處理時間的延長先升高,達最大值后下降,但仍高于對照與苯胺處理。
研究結(jié)果表明,大蒜根尖細胞在其分裂高峰時期,對環(huán)境中苯胺類污染物的種類及溶液濃度和染毒時間變化極為敏感,核畸變現(xiàn)象易于觀察,在一定的污染濃度和染毒時間范圍內(nèi),大蒜根尖細胞微核率和總畸變率與污染程度呈良好的正相關(guān)關(guān)系。且本方法材料易得、操作簡便、同步性好,結(jié)果易于統(tǒng)計和分析,不失為一種利用植物檢測技術(shù)來評價苯胺和硝基苯胺環(huán)境風險的好方法。
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