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鉛誘導(dǎo)蠶豆根尖細胞產(chǎn)生的各種染色體畸變研究

2017-05-30 10:14:46張英慧
安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2017年35期
關(guān)鍵詞:環(huán)數(shù)微核斷片

張英慧

摘要[目的]研究鉛對蠶豆根尖細胞誘導(dǎo)產(chǎn)生的各種染色體畸變。[方法]用不同濃度的PbCl2溶液培養(yǎng)蠶豆種子,以蒸餾水培養(yǎng)作為對照,培養(yǎng)4~7 d,每天隨機取根尖固定、染色、壓片后鏡檢,觀察各種染色體畸變,并統(tǒng)計相應(yīng)的數(shù)目。[結(jié)果]培養(yǎng)第4~7天,1.0×10-4~5.0×10-4 mol/L Pb2+處理組的各種染色體畸變數(shù)目都高于對照組的染色體畸變數(shù)目,且Pb2+濃度越大,染色體畸變數(shù)目越多。[結(jié)論]Pb2+對蠶豆根尖細胞染色體畸變的影響程度與Pb2+處理濃度以及處理時間有關(guān)。

關(guān)鍵詞鉛;蠶豆;染色體畸變

中圖分類號S188文獻標識碼A文章編號0517-6611(2017)35-0130-06

Abstract[Objective] To study the effects of Pb2+ on the different chromosomal aberrations of Vicia faba root tip cells. [Method] Vicia faba seeds were cultured with PbCl2 solutions at different concentration, and distilled water treatment as control. The root tips were fixed, dyed and squashed for microscopic examination. [Result] When seeds were treated with 1.0×10-4-5.0×10-4 mol/L Pb2+ when culturing 4-7 days,the chromosomal aberrations of Vicia faba were higher than the control group.The chromosomal aberrations increased successively with increasing Pb2+ concentration. [Conclusion] The influence degree of Pb2+ on chromosomal aberrations of Vicia faba root tip cells is related to Pb2+ concentration and treating time.

Key wordsPb2+;Vicia faba;Chromosomal aberration

染色體形態(tài)在細胞周期中是動態(tài)變化的,在細胞周期不同時相中染色體形態(tài)各不相同。分裂中后期的染色體是研究細胞遺傳毒理的重要材料。染色體畸變是外界環(huán)境有害因子作用于機體或培養(yǎng)的細胞后所致最常見的細胞染色體損傷指標之一,是細胞遺傳毒理學(xué)研究中最常用的檢測手段之一。

鉛是植物的非必需元素,當它與植物接觸后就會對植物產(chǎn)生一定的毒害作用,輕則使植物體內(nèi)的代謝過程發(fā)生紊亂,生長發(fā)育受到抑制,重則導(dǎo)致植物死亡。目前,已有很多關(guān)于鉛對蠶豆根尖有絲分裂指數(shù)的影響和鉛誘發(fā)蠶豆根尖細胞微核形成等方面的研究[1]。筆者以蠶豆為試驗材料,研究了鉛對蠶豆根尖細胞染色體畸變率的影響,以便更好地探討鉛對植物的毒害機理。

1材料與方法

1.1材料

供試蠶豆品種為“成胡15”(Vicia faba,2n=12)。

1.2方法

蠶豆種子經(jīng)0.5%次氯酸鈉(分析純,北京北化精細化學(xué)品有限責任公司)表面消毒,蒸餾水洗凈,分別在10×10-4、2.5×10-4、50×10-4 mol/L PbCl2(分析純,溫州市化學(xué)用料廠)溶液中進行水培,以蒸餾水培養(yǎng)作為對照。每組培養(yǎng)200粒蠶豆,每組用8個培養(yǎng)皿,每皿25粒,培養(yǎng)時間為7 d。培養(yǎng)4~7 d,每天定時從每組中隨機取出2培養(yǎng)皿蠶豆,切取根尖,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,Nikon FX-35WA光學(xué)顯微鏡下觀察蠶豆根尖分生組織區(qū)細胞有絲分裂,每組觀察8個根尖,每個根尖觀察500個以上細胞(每組共觀察4 000個以上細胞),觀察微核和染色體畸變。

2結(jié)果與分析

2.1鉛處理蠶豆根尖細胞后導(dǎo)致多種類型的染色體變異

鉛處理蠶豆根尖細胞后可導(dǎo)致多種類型的變異,包括微核的出現(xiàn)和染色體畸變,染色體畸變包括染色體斷片、染色體橋、落后染色體、多極分裂和染色體環(huán)等多種類型。正常的蠶豆根尖細胞如圖1、2所示。

鉛對蠶豆根尖分生組織細胞有絲分裂產(chǎn)生影響,在細胞周期中的間期、前期、中期、后期及末期均發(fā)現(xiàn)異?,F(xiàn)象。

2.1.1微核。細胞分裂間期的異常主要表現(xiàn)為微核,各組間期微核占間期異常的百分比均為100%,其中有單微核和雙微核(圖3,4),有些細胞只見微核(圖5)。細胞分裂前期和中期也有微核的出現(xiàn)。細胞分裂后期的微核有的位于分向兩極的2組染色體之間(圖6),有的位于2組染色體一側(cè)(圖7),有的位于細胞邊緣(圖8,9)。

2.1.2

染色體斷片。有絲分裂后期許多細胞中出現(xiàn)了染色體斷片,有的細胞含有1個斷片(圖10),有的細胞含有2個斷片(圖11),有的細胞含有3個斷片(圖12),數(shù)量最多的是1個細胞含有1個斷片。

2.1.3

染色體橋。染色體橋的形成是細胞分裂異常和染色體畸變的主要特征之一。橋是由于染色體斷裂再融合形成的,當2個染色單體的著絲粒已經(jīng)分別移向相對的兩極后,二者的臂仍黏在一起,形成后期橋。Pb2+誘發(fā)的蠶豆根尖細胞的染色體橋有單橋(圖13)、雙橋(圖8)、三橋(圖9)等類型。

2.1.4落后染色體。有絲分裂后期,正常細胞的染色體都移向兩極,而經(jīng)過Pb2+處理的細胞有個別染色體或染色體片段滯留于兩極之間(圖14,15,16),與染色體的主體部分移向兩極的速度和進程不同。也有些落后染色體不是滯留在兩極中間,而是偏在一側(cè),有三極分裂的趨勢(圖17)。

2.1.5染色體環(huán)。染色體環(huán)是由于染色體斷裂再融合形成的,在細胞分裂中期(圖18)和分裂后期(圖19,20)均有染色體環(huán)出現(xiàn)。

2.1.6多極分裂。正常的有絲分裂后期,染色體在紡錘絲的牽引下,均等地分向兩極,而經(jīng)Pb2+處理的蠶豆根尖細胞有絲分裂后期則出現(xiàn)了不均等的三極異常分布的分裂相(圖21,22,23),還有四極分裂(圖16),有些細胞高達六極分裂(圖24)。此外,在染色體的多極分裂相中還發(fā)現(xiàn)個別染色體游離在各極之間(圖16)。

2.2鉛處理蠶豆根尖細胞后各種類型的染色體畸變數(shù)目

對有絲分裂后期各種類型的染色體畸變數(shù)目進行統(tǒng)計,每個處理組觀察染色體400組左右,統(tǒng)計結(jié)果如表1~4所示,從表中可以看出,各種類型的染色體畸變中,以染色體斷片的比例最大,其次是染色體橋和落后染色體,再次是多極分裂,所占比例最小的是染色體環(huán)。培養(yǎng)第4天,1.0×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的67.24%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的13.79%、10.34%、6.90%、1.72%;25×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的70.49%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的8.20%、11.48%、6.56%、328%;5.0×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的70.27%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的9.46%、10.81%、676%、270%(表1)。培養(yǎng)第5天,1.0×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的73.02%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的1111%、11.11%、4.76%、0%;2.5×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的62.03%,染色體橋、落

后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸

變數(shù)的

10.13%、17.72%、6.33%、3.80%;5.0×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的62.79%,染色體橋、落后染

色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的1279%、15.12%、6.98%、2.33%(表2)。培養(yǎng)第6天,1.0×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的67.57%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的13.51%、12.16%、405%、270%;2.5×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的59.66%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的13.45%、1765%、420%、504%;5.0×10-4mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的63.01%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的1507%、1233%、616%、3.42%(表3)。培養(yǎng)第7天,1.0×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的68.18%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的1667%、6.06%、6.06%、3.03%;2.5×10-4 mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的69.89%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的11.83%、11.83%、4.30%、215%;5.0×10-4mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)占總?cè)旧w畸變數(shù)的64.44%,染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)分別占總?cè)旧w畸變數(shù)的15.56%、11.11%、519%、370%(表4)。

從表中還可以看出,染色體斷片數(shù)隨著Pb2+濃度的升高而增大,具有明顯的濃度效應(yīng),培養(yǎng)第4天,1.0×10-4、2.5×10-4、5.0×10-4mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)分別為39、43、52;培養(yǎng)第5天,1.0×10-4、2.5×10-4、5.0×10-4mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)分別為46、49、54;培養(yǎng)第6天,1.0×10-4、2.5×10-4、5.0×10-4mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)分別為50、71、92;培養(yǎng)第7天,1.0×10-4、2.5×10-4、5.0×10-4mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)分別為45、65、87。染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)數(shù)也隨著Pb2+濃度的升高而增大,也具有濃度效應(yīng),只是效果不如染色體斷片數(shù)明顯。培養(yǎng)第4、5、6天,染色體斷片數(shù)還隨著處理時間的延長而增大,具有時間效應(yīng),1.0×10-4mol/L Pb2+培養(yǎng)第4、5、6天的染色體斷片數(shù)分別為39、46、50,2.5×10-4mol/L Pb2+培養(yǎng)第4、5、6天的染色體斷片數(shù)分別為43、49、71,5.0×10-4mol/L Pb2+培養(yǎng)第4、5、6天的染色體斷片數(shù)分別為52、54、92。培養(yǎng)第7天后,1.0×10-4、2.5×10-4、5.0×10-4mol/L Pb2+處理組的染色體斷片數(shù)分別為45、65、87,不但沒有超過培養(yǎng)第6天的染色體斷片數(shù),反而比第6天稍微低一些,原因在于培養(yǎng)第6天后,蠶豆根尖細胞的有絲分裂水平下降。染色體橋、落后染色體、多極分裂、染色體環(huán)的規(guī)律和染色體斷片的規(guī)律基本一致,在培養(yǎng)第4、5、6天,隨著培養(yǎng)時間的延長,數(shù)目增多,具有時間效應(yīng),只是效果不及染色體斷片明顯,培養(yǎng)第7天,和染色體斷片數(shù)一樣,數(shù)目稍低于培養(yǎng)第6天,原因同前。

3討論

已有研究結(jié)果表明,重金屬進入植物體后主要積累在根部[2],產(chǎn)生遺傳毒害的時間主要是在細胞分裂間期的DNA和染色體復(fù)制過程中。Pb2+是生物的非必需元素,也是毒性較強的誘變劑。Pb2+以一種可交換的形式取代或置換Ca2+,并與細胞膜表面的-SH基結(jié)合,阻止Ca2+的跨膜內(nèi)流,使鈣調(diào)素(CaM)和Ca-ATP酶不能被激活[3]。進入細胞的Pb2+還能與帶負電的核酸結(jié)合,降低RNA和DNA的活性,引起核酸裂解并影響到細胞有絲分裂過程[4-5]。在該試驗中,微核率和染色體畸變率都隨著Pb2+濃度的增大而升高,具有非常顯著的濃度效應(yīng),染色體畸變有斷片、染色體橋、落后染色體、染色體多極分裂和染色體環(huán)等多種形式,其中染色體斷裂具有不可逆的重度毒害作用,可誘導(dǎo)細胞凋亡[6-7]。微核的形成途徑有兩條:一條途徑是由于前一分裂周期G2期后產(chǎn)生的染色體斷片在分裂過程中不能與正常染色體協(xié)調(diào)活動,在進入間期時,即被排斥于核外形成的;另外一條途徑是由于各種形式的落后染色體、未及中板集合染色體以及染色體分組造成的。染色體畸變的產(chǎn)生可能有幾條途徑:一是由于藥物直接作用于DNA分子,造成DNA斷裂損傷,從而引起染色體畸變;二是由于藥物干擾了DNA、蛋白質(zhì)合成或者RNA轉(zhuǎn)錄,結(jié)果使與染色體運動有關(guān)的物質(zhì)不能形成,由此形成染色體畸變;三是藥物通過干擾某些損傷的正常修復(fù)過程,阻止染色體在正常情況下的重建,而形成新的重接,出現(xiàn)染色體橋、環(huán)、斷片之類的重排。

參考文獻

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