黃白飛 辛俊亮 向琳霞 宋杞 魏帆 朱詩(shī)雅 劉安 伏浩

摘要[目的]探討Cd、Se單一處理及復(fù)合處理對(duì)大蒜根尖細(xì)胞微核的影響。[方法]測(cè)量不同Cd、Se處理后根的生長(zhǎng)速度及微核率。[結(jié)果] Cd（1.0～200.0 mg/L）對(duì)大蒜根有毒害作用，抑制了根的生長(zhǎng)，同時(shí)誘發(fā)細(xì)胞微核的形成，濃度越大毒害程度越大。Cd、Se聯(lián)合合處理時(shí)，Se在低濃度（<0.5 mg/L）下，聯(lián)合處理的微核率小于單一Cd處理；但是Se濃度超過(guò)0.5 mg/L后，反而加劇了Cd對(duì)大蒜根尖的危害。[結(jié)論]低濃度Se能緩解Cd的毒性作用，高濃度Se加強(qiáng)Cd的毒性作用。

關(guān)鍵詞鎘；硒；大蒜；細(xì)胞微核；根生長(zhǎng)速度

中圖分類號(hào)S633.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）26-0018-03

Individual and Combined Effects of Cadmium and Selenium on Micronuclei of Allium sativum

HUANG Baifei，XIN Junliang*，XIANG Linxia et al（Department of Safety and Environmental Engineering，Hunan Institute of Technology，Hengyang，Hunan 421002）

Abstract[Objective] The aim was to study the individual and combined effects of cadmium and selenium on the micronuclei of Allium sativum.[Method] We determined the root growth rate and the micronucleus rate.[Result] The Cd （1.0-200.0 mg/L） had toxic effect on garlic root.The root growth was inhibited and the cell micronucleus formed after Cd treatment.The degree of Cd poisoning on root increased as Cd concentration increased.Under the combined treatment of Se and Cd，the micronucleus rates of combined treatments with a low concentration （<0.5 mg/L） of Se were lower than the sole Cd treatment.However，the high levels of Se （>0.5 mg/L） could increase the damage of Cd on root tip of garlic.[Conclusion] Se can relieve the toxic effect of Cd on garlic root under low concentration and aggravate the toxic effect under high concentration.

Key wordsCadmium （Cd）；Selenium （Se）；Garlic；Micronuclei；Growth rate of roots

近年來(lái)，我國(guó)重金屬污染日益嚴(yán)重。鎘（Cd）對(duì)植物而言是非必需元素，且具有較強(qiáng)的毒性[1]。硒（Se）是必需元素，可拮抗環(huán)境中重金屬（如Cd）對(duì)植物的毒害作用，增強(qiáng)植物對(duì)重金屬的抗性[2]。但Se濃度過(guò)高對(duì)植物也具有較強(qiáng)的毒害作用。植物微核技術(shù)是利用環(huán)境污染因子誘變細(xì)胞染色體畸變產(chǎn)生微核而建立起來(lái)的一種技術(shù)，其中大蒜微核試驗(yàn)是植物微核技術(shù)中常用的一種方法[3]。為研究Cd、Se單一處理及復(fù)合處理對(duì)植物的影響，筆者利用大蒜根尖細(xì)胞進(jìn)行微核試驗(yàn)，對(duì)其遺傳毒性進(jìn)行了比較觀察。

1材料與方法

1.1材料

選擇大小均勻、無(wú)損傷的大蒜瓣，放入培養(yǎng)皿中，加一定量清水，使蒜瓣的根部浸入水中即可，置于25 ℃恒溫箱中催化大蒜發(fā)根，每天換1次水。根尖長(zhǎng)至1～2 cm時(shí)用不同濃度Cd、Se進(jìn)行根尖染毒，培養(yǎng)24、48 h，測(cè)定根長(zhǎng)。

1.2方法

1.2.1試驗(yàn)處理設(shè)置。

根尖染毒時(shí)，將一部分大蒜分別放入盛有Cd溶液（濃度為1.0、5.0、10.0、100.0、200.0 mg/L）和Se溶液（濃度為0.1、0.5、1.0、10.0、20.0 mg/L）的培養(yǎng)皿中，另一部分大蒜放入盛有Cd、Se復(fù)合溶液的培養(yǎng)皿中，Cd+Se濃度分別為10.0 mg/L+0 mg/L、10.0 mg/L+0.1 mg/L、10.0 mg/L+0.5 mg/L、10.0 mg/L+1.0 mg/L、10.0 mg/L+10.0 mg/L、10.0 mg/L+20.0 mg/L、100.0 mg/L+0 mg/L、100.0 mg/L+0.1 mg/L、100.0 mg/L+0.5 mg/L、100.0 mg/L+1.0 mg/L、100.0 mg/L+10.0 mg/L、100.0 mg/L+20.0 mg/L，使溶液浸泡大蒜根尖即可。同時(shí)設(shè)蒸餾水作為對(duì)照組。

1.2.2切片制備及染色觀察。

將處理后的大蒜用清水浸洗3次，每次2～3 min。再放入盛有蒸餾水的培養(yǎng)皿中，25 ℃修復(fù)24 h。取1 cm根尖，用卡諾氏固定液4 ℃固定24 h，或1 mol HCl解離后75%乙醇保存。水洗后將幼根浸泡在1 mol/L HCl中，于40 ℃解離10 min。水洗后用schiff試劑染色在黑暗中染色4～6 h。水洗后用壓片法制片。每個(gè)處理隨機(jī)觀察3個(gè)玻片，每個(gè)根尖觀察1 000個(gè)細(xì)胞，統(tǒng)計(jì)微核個(gè)數(shù)。

1.2.3數(shù)據(jù)處理。將微核觀察所得數(shù)據(jù)按以下公式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理：

MNC=某測(cè)試樣品觀察到的MCN數(shù)某測(cè)試樣品觀察的細(xì)胞數(shù)×1 000‰

數(shù)據(jù)用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)軟件為SPSS和Excel 2007。

2結(jié)果與分析

2.1Cd、Se單一處理及復(fù)合處理對(duì)大蒜根生長(zhǎng)的影響

由圖1可知，Cd處理下，1.0和5.0 mg/L的Cd處理2 d對(duì)大蒜根生長(zhǎng)沒(méi)有明顯的抑制作用。而10.0、100.0、200.0 mg/L Cd處理2 d后，大蒜根的生長(zhǎng)速度顯著低于對(duì)照，說(shuō)明這些濃度的Cd已對(duì)大蒜根產(chǎn)生毒害作用。0.1 mg/L Se處理下，大蒜根每天生長(zhǎng)的長(zhǎng)度顯著增加，說(shuō)明低濃度Se對(duì)Cd的生長(zhǎng)具有明顯的促進(jìn)作用。而1.0、10.0、20.0 mg/L Se處理2 d后，大蒜根生長(zhǎng)的長(zhǎng)度顯著下降，說(shuō)明高濃度Se對(duì)大蒜根具有毒性作用。Cd、Se相比，Se能在更低的濃度下（1.0 mg/L）對(duì)大蒜根表現(xiàn)出毒害作用。

對(duì)大蒜進(jìn)行Cd、Se復(fù)合處理試驗(yàn)結(jié)果表明：與單一的Cd處理相比較，同一處理時(shí)間下，隨Se濃度的增加，根的生長(zhǎng)速度表現(xiàn)出先增長(zhǎng)再減小的變化趨勢(shì)（圖2）；隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，所有濃度組的毒害作用都在持續(xù)增加。Se濃度在0.5 mg/L以下時(shí)，復(fù)合處理根平均生長(zhǎng)速度大于單一Cd處理的長(zhǎng)度，說(shuō)明低濃度的Se對(duì)Cd的毒性有所緩解。Se濃度大于0.5 mg/L時(shí)，與單一Cd處理相比，復(fù)合處理根生長(zhǎng)速度明顯降低，說(shuō)明中高濃度的Se與Cd復(fù)合后，兩者毒性會(huì)疊加，造成大蒜根尖生長(zhǎng)緩慢。

2.2Cd、Se單一處理及復(fù)合處理對(duì)大蒜根尖微核率的影響

由圖3可知，同一Cd處理時(shí)間下，大蒜根尖細(xì)胞的微核率隨Cd濃度的增加而上升，說(shuō)明Cd在大蒜根中會(huì)引起間期

理24 h后微核率為2.00‰，200.0 mg/L Cd溶液處理24 h后微核率增長(zhǎng)至23.00‰。而在同等濃度Cd處理下，隨著

培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)胞的微核率也在增長(zhǎng)。如在100.0 mg/L Cd溶液中，經(jīng)過(guò)24 h培養(yǎng)，微核率為18.00‰，48 h后達(dá)24.67‰。這說(shuō)明細(xì)胞微核率隨Cd濃度的增加和時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。

同一濃度Se處理下，根尖細(xì)胞的微核率在低濃度（0.1～0.5 mg/L）Se處理下，與對(duì)照組的微核率類似，說(shuō)明低濃度Se對(duì)根尖細(xì)胞無(wú)明顯遺傳毒性。而在0.5 mg/L濃度以上時(shí)，微核現(xiàn)象隨濃度增加而上升，微核率都明顯高于對(duì)照組，并與Se濃度呈正相關(guān)，說(shuō)明高濃度Se造成大蒜根細(xì)胞染色體結(jié)構(gòu)異常，發(fā)生畸變，有遺傳毒性。然而，在Se濃度高達(dá)20.0 mg/L時(shí)，微核率陡然降低，說(shuō)明在該濃度下，Se對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生了嚴(yán)重的毒害作用，可能在一定程度抑制了細(xì)胞的有絲分裂，微核現(xiàn)象不明顯。

Cd、Se復(fù)合處理對(duì)微核率的影響見圖4。隨著Se濃度的增加，與單一的Cd處理相比較，復(fù)合處理下細(xì)胞微核率表現(xiàn)出先下降再上升然后再下降的趨勢(shì)。而隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，微核率均呈上升趨勢(shì)。Cd濃度為10.0 mg/L時(shí)，用0.1和0.5 mg/L Se濃度處理大蒜根尖24、48 h時(shí)，細(xì)胞的微核率與單一Cd處理相比分別下降了5.33‰、4.00‰和3.00‰、5.00‰，但與對(duì)照組的微核率相比仍然增加，說(shuō)明低濃度的Se在一定程度上能緩解但不能完全消除Cd的遺傳毒害作用。Se濃度大于1.0 mg/L時(shí)，復(fù)合處理細(xì)胞微核率明顯高于單一Cd處理，并隨濃度增加而升高。但當(dāng)Se濃度達(dá)20.0 mg/L時(shí)，微核率突然下降，這可能是因?yàn)楦邼舛菴d和Se引起根尖的細(xì)胞反應(yīng)從而降低或抑制了細(xì)胞的分裂甚至

造成細(xì)胞死亡導(dǎo)致。當(dāng)Cd濃度為100.0 mg/L時(shí)，細(xì)胞微核

率的趨勢(shì)與Cd濃度為10.0 mg/L時(shí)基本一致。綜上所述，低濃度的Se能降低Cd污染中細(xì)胞微核的形成，有一定的拮抗作用，但是高濃度的Se則會(huì)和Cd形成協(xié)同作用，毒害細(xì)胞并增加細(xì)胞微核的產(chǎn)生。

3結(jié)論與討論

Cd作為一種有毒重金屬，對(duì)植物有較強(qiáng)的毒性。該研究中，在Cd濃度為1.0～200.0 mg/L時(shí)，Cd的濃度越高，大蒜根尖生長(zhǎng)受到的抑制作用越大，誘變大蒜根尖細(xì)胞形成微核的可能性越大。就Cd對(duì)大蒜根的細(xì)胞學(xué)毒害作用而言，該試驗(yàn)結(jié)果與小黑麥[4]、番茄[5]、水稻[6]研究結(jié)果類似。植物根系最先與Cd進(jìn)行接觸，也能積累較高的Cd，也最先產(chǎn)生毒害作用[7]。Cd能維持細(xì)胞內(nèi)自由基產(chǎn)生和清除間的平

衡。過(guò)量自由基能損傷酶和DNA，導(dǎo)致細(xì)胞分裂受到抑制，進(jìn)而造成細(xì)胞功能紊亂[8] ，染色體畸變，微核數(shù)量顯著增加。

Se是生物的營(yíng)養(yǎng)元素，其作用效果具有二重性[9]。該研究發(fā)現(xiàn)，低濃度的Se（<0.5 mg/L）對(duì)大蒜根生長(zhǎng)起促進(jìn)作用。一定濃度Se能緩解Cd對(duì)大蒜的抑制作用，原因可能是Se有抗氧化的作用，有助于降低或消除脂氫過(guò)氧化物產(chǎn)生的自由基對(duì)膜的攻擊能力。Se與其他的重金屬也有低濃度拮抗作用高濃度協(xié)同作用的特點(diǎn)[10]。而高濃度的Se（>0.5 mg/L）則對(duì)大蒜的根尖產(chǎn)生明顯的毒害作用，微核率也隨濃度增加而上升。因此，在重金屬污染的土壤里施用適量Se，

有助于緩解重金屬對(duì)農(nóng)作物的毒害，對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展有重大意義。

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