洗滌劑對豌豆根尖細胞的致畸效應

曾秀存,許耀照,2,王勤禮,2,李彩霞

(1.河西學院農業與生物技術學院,甘肅 張掖734000;2.河西生態與綠洲農業研究院,甘肅 張掖734000)

洗滌劑是日常生活中的必需品,我國每年生產400萬t洗滌劑用掉60萬～70萬t三聚磷酸鈉,含磷助洗劑對環境造成很大的影響[1]。合成洗滌劑由于成本低廉、產量高、去污力強而成為目前使用量最大,使用范圍最廣的家用化工產品,其基本成分為表面活性劑和一些助洗劑,其中陰離子表面活性劑在生產中使用最多[2]。隨著人們生活水平的提高,洗滌劑已進入千家萬戶,它可用來洗滌衣物、餐具和水果蔬菜等。然而,人們在使用洗滌劑時,既希望它有良好的洗滌效果,更關心洗滌劑的毒性問題。有關研究指出,在洗滌劑用量遠遠低于日常家庭用量的情況下,洗滌劑對魚類有不同程度的影響,且發現洗滌劑在存放一定時間后其毒性亦沒有發生明顯下降,這意味著,含有家用洗滌劑的生活污水不經任何處理就排放到水體中,可能會對魚類造成一定的影響[3]。不同濃度的洗衣粉均能抑制蠶豆根的生長,降低根尖細胞有絲分裂指數,誘發細胞產生高頻率的微核且是明顯的時間與劑量效應關系[4]。環境誘變細胞的研究有60Co-γ射線[5]、太空環境誘變[6-7]等,但洗滌劑誘變植物細胞研究較少。蠶豆(Vicia f aba)根尖微核試驗技術屬于植物遺傳檢測系統,微核試驗是利用環境污染因子誘變細胞染色體畸變產生微核而建立起來的一種技術,也是近年來環境生物監測領域的重要進展之一[8]。豌豆(Pisum sativum)是甘肅省中部半干旱地區重要的倒茬養地和飼料作物,在旱地農業和旱農生產中起著關鍵樞紐作用[9]。因此,本研究以豌豆為試材,從細胞水平上研究洗滌劑對豌豆根尖細胞有絲分裂指數、微核率、染色體畸變率等的影響,以揭示洗滌劑對豌豆根尖細胞的損傷機制,以期為研究洗滌劑的毒性效應機制提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試品種為豌豆“蘇箭3號”,由張掖市農業科學院提供。洗滌劑為甘肅市場上銷量最大的一品牌洗滌劑,從超市購買,洗滌劑的主要成分為復合活性劑、APG、食用香精。選擇飽滿、健康、大小均勻的豌豆種子,用70%(V/V)的酒精消毒后,于25℃培養箱中用蒸餾水浸種24 h,然后置于墊有2層濕濾紙的培養皿中,并蓋上濕紗布,在室溫下發芽,待根尖長為1.0～1.5 cm時,用于毒性試驗。

1.2 試驗設計 選取生長一致的豌豆根尖,分別置入用蒸餾水稀釋至200倍、100倍、10倍、5倍的4個培養皿中,于25℃下暗培養,以蒸餾水處理為對照。連續處理24和48 h。每隔24 h從每一處理隨機取10個根尖,共取2次,剪取根尖,卡諾固定液(無水乙醇∶冰乙酸=3∶1)固定24 h,蒸餾水浸洗3次后,將根尖轉入70%的酒精,4℃冰箱保存備用。制片時,將固定的根尖用蒸餾水浸洗 3次,1 mol/L HCl,(60±0.5)℃的恒溫水浴中酸解10 min,水洗后切取分生區細胞約1 mm,用卡寶品紅染色30 min,常規壓片。并在DMBA450生物數碼顯微鏡下觀察。每個處理隨機觀察3～5個根尖,每個根尖至少觀測1 000個分生區細胞,統計根尖細胞的有絲分裂指數(MI)、微核率千分率(FMN)和染色體畸變率(AF)[10],用奧林帕斯BH-10對微核和發生染色體畸變的細胞進行顯微攝影。

1.3 數據分析 數據處理采用SPSS 13.0軟件進行方差分析,用Microsoft Excel 2003軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 不同稀釋倍數的洗滌劑溶液對豌豆根尖細胞有絲分裂指數的影響 當處理時間為24 h時,隨洗滌劑原液稀釋倍數的降低,豌豆根尖細胞有絲分裂指數呈下降趨勢(表1),當洗滌劑原液稀釋倍數≤10倍時,有絲分裂指數較對照下降46%,與對照相比差異極顯著(P＜0.01),這表明當洗滌劑原液稀釋倍數低于一定的范圍時,可明顯抑制豌豆根尖細胞的分裂。當處理時間為48 h時,隨洗滌劑原液稀釋倍數的降低,豌豆根尖細胞有絲分裂指數較處理24 h明顯降低,當洗滌劑原液稀釋倍數≤10倍時,有絲分裂指數較對照下降92%,與對照相比差異極顯著(P＜0.01)。洗滌劑稀釋溶液能降低豌豆根尖細胞有絲分裂指數,抑制細胞有絲分裂,具有劑量和時間效應關系。

表1 洗滌劑對豌豆根尖細胞有絲分裂指數的影響

2.2 不同稀釋倍數的洗滌劑溶液對豌豆根尖細胞微核率的影響 當處理時間為24 h時,隨洗滌劑原液稀釋倍數的降低,豌豆根尖細胞微核率不斷增加(表2),當稀釋倍數為10倍時,根尖細胞微核率達到最大為9.82‰,較對照細胞微核率顯著增加761%;當洗滌劑原液稀釋倍數≤5倍時,根尖細胞微核率急劇降低,達到2.54‰,與對照無明顯差異;當處理時間為48 h時,隨洗滌劑原液稀釋倍數的降低,豌豆根尖細胞微核率不斷增加,當原液稀釋倍數為 100倍時,細胞微核率達到最大為12.48‰,較對照細胞微核率顯著增加824%;當洗滌劑原液稀釋倍數≤5倍時,根尖細胞微核率迅速降低到1.00‰,較對照降低26%,與對照無明顯差異。這說明洗滌劑原液稀釋在高稀釋倍數(洗滌劑原液稀釋倍數≥10倍,24 h;洗滌劑原液稀釋倍數≥100倍,48 h)時能增加根尖細胞微核率,洗滌劑原液稀釋在低稀釋倍數(洗滌劑原液稀釋倍數≤5倍,24 h;洗滌劑原液稀釋倍數≤10倍,48 h)時降低根尖細胞微核率。

表2 洗滌劑對豌豆根尖細胞微核率的影響

鏡檢發現,在洗滌劑原液稀釋不同倍數溶液處理的細胞中,豌豆根尖細胞有不同分裂時期的微核出現(圖1),也有部分細胞出現雙微核,微核出現以細胞分裂間期居多。

2.3 不同稀釋倍數的洗滌劑溶液對豌豆根尖細胞染色體畸變率的影響 當處理時間為24 h時,隨洗滌劑原液稀釋倍數的降低,豌豆根尖細胞染色體畸變率不斷增加,當原液稀釋倍數10倍時,染色體畸變率達到最大,為2.05%,較對照染色體畸變率顯著增加113%;當洗滌劑原液稀釋倍數≤5倍時,根尖細胞染色體畸變率降低到1.65%,與對照差異顯著;當處理時間為48 h時,隨洗滌劑原液稀釋倍數的降低,豌豆根尖細胞染色體畸變率不斷增加,當稀釋倍數為100倍時,染色體畸變率達到最大,為3.42%,較對照染色體畸變率增加333%;當洗滌劑原液稀釋倍數≤10倍時,根尖細胞染色體畸變率迅速降低到0.25%,較對照降低68%,與對照差異顯著(表3)。這說明洗滌劑原液稀釋倍數高(洗滌劑原液稀釋倍數≥10倍,24 h;洗滌劑原液稀釋倍數≥100倍,48 h)時能增加根尖細胞染色體細胞的畸變率,而洗滌劑原液稀釋倍數低(洗滌劑倍數≤5倍,24 h;洗滌劑倍數≤10倍,48 h)時能降低根尖細胞染色體畸變率。鏡檢發現,洗滌劑原液稀釋不同倍數誘發豌豆根尖細胞染色體畸變主要包括染色體斷片、滯后染色體、染色體橋等(圖2)。

圖1 豌豆根尖細胞不同分裂時期的微核

表3 洗滌劑溶液對豌豆根尖細胞染色體畸變率的影響

圖2 豌豆根尖細胞染色體畸變核

3 討論

洗滌劑與人們的生活息息相關,如今消費者除了關心產品的去污力和經濟性之外,越來越多的消費者開始重視洗滌產品對人體安全性和環境相容性[1]。本研究表明,隨著洗滌劑原液稀釋倍數的降低和處理時間的延長,豌豆根尖細胞有絲分裂指數成明顯的下降趨勢,處理濃度和處理時間雙因子分析具有明顯的劑量-時間效應。這與王虹和鄧麗芳[11]報道的洗手液具有一定的遺傳毒性,并隨著濃度的增大,毒性增加,呈現出劑量-效益關系結果相一致。隨著洗滌劑原液稀釋倍數的降低,細胞分裂指數下降,稀釋倍數越小,抑制作用越明顯。

洗滌劑原液在稀釋倍數低時,可導致豌豆根尖細胞微核率、染色體畸變率明顯增加;洗滌劑原液在稀釋倍數低時,細胞微核率、染色體畸變率下降,但洗滌劑原液稀釋不同倍數和處理不同時間,對細胞微核率、染色體畸變率不具有劑量-時間效應關系,這與張江麗等[3]報道的洗發水均可誘發蠶豆根尖細胞產生微核及染色體畸變,并表現為良好的劑量-效應關系的結果不一致。其原因一方面可能是洗滌劑在高稀釋倍數范圍內時,隨著洗滌劑倍數的降低,洗滌劑對豌豆根尖細胞的遺傳物質毒害作用加強,在細胞分裂各個時期均出現微核(圖1),同時微核率也隨之增加,而在低稀釋倍數時,微核率顯著下降,這由于高濃度的洗滌劑對細胞的損傷加劇,從而導致一些受損的細胞未完成有絲分裂過程,導致微核率下降。另一方面,由于在低稀釋倍數處理下,豌豆根尖細胞出現了更加嚴重的毒害現象,出現核固縮(圖1、圖2)。核固縮的細胞處于轉錄抑制狀態,會影響正常的細胞代謝活動。由于核固縮的細胞不再參與有絲分裂,使根尖中分裂細胞數目減少,那些不分裂的細胞中的染色體畸變不能表現為間期微核而引起分裂指數和微核率下降。

鏡檢發現,根尖分裂細胞中有大量的染色體斷片、染色體橋(圖2),說明洗滌劑原液不同稀釋倍數對碗豆根尖細胞染色體的主要組成物質DNA的結構組成可能有一定影響,具有一定遺傳毒性。但對豌豆的其他生物學效應——過氧化氫酶及過氧化物酶活性的影響有待進一步研究和探討。

4 結論

洗滌劑原液稀釋不同倍數,處理24和48 h后,能明顯降低豌豆根尖細胞有絲分裂指數,抑制細胞有絲分裂,具有明顯的劑量-時間效應關系。洗滌劑原液在高稀釋倍數時,處理24和48 h后,能增加根尖細胞的染色體畸變率和微核率;在較低稀釋倍數范圍內,處理24和48 h后,能降低根尖細胞染色體畸變率和微核率,稀釋不同倍數的洗滌劑處理24和48 h后對根尖細胞的染色體畸變率和微核率不具有劑量—時間效應。不同稀釋倍數的洗滌劑影響豌豆根尖細胞分裂,導致根尖細胞多種畸變類型,對豌豆根尖細胞具有一定的遺傳毒性。

[1] 查青青,于文.我國織物洗滌劑行業現狀及發展[J].日用化學品科學,2010,23(5):4-8.

[2] 張云美,潘永全,韓志剛,等.家用洗滌劑對紅劍魚、孔雀魚和食蚊魚的急性毒性實驗觀察[J].四川動物,2005,24(2):213-215.

[3] 張江麗,王淑敏,高永闖,等.洗發水對蠶豆根尖細胞遺傳毒性的研究[J].環境與健康雜志,2009,26(9):812-814.

[4] 吳國樵,孫曉白,陳加平,等.家用洗滌劑對魚的急性毒性[J].水生生物學報,2000,24(4):396-398.

[5] 毛學文,王弋博,陳荃.洗滌劑對蠶豆根和葉片的作用[J].廣西植物,2003,23(2):185-187.

[6] 韓貴清,韓微波,張月學,等.60Co-γ射線誘發谷稗和御谷的輻射生物學效應研究[J].草業科學,2009,26(8):97-100.

[7] 張月學,李成權,申忠寶,等.太空環境誘變苦荬菜的細胞學效應研究[J].草業科學,2007,24(9):38-41.

[8] 杜連瑩,韓微波,張月學,等.“實踐八號”搭載8個苜蓿品種細胞學效應研究[J].草業科學,2009,26(12):46-49.

[9] 祝玲敏,安文芝,高麗莉.微量元素與激素混合液浸種在旱地飼用豌豆上的增產效益研究[J].草業科學,2007,24(10):57-62.

[10] 李紅孩,王變珍,儀慧蘭.鋁對蠶豆根尖細胞的遺傳損傷[J].生態環境,2006,15(6):1246-1249.

[11] 王虹,鄧麗芳.洗手液對蠶豆根尖遺傳毒性的研究[J].西安文理學院學報(自然科學版),2008,11(1):61-63.