Cr6+對蠶豆根尖細胞的遺傳毒性

摘要：采用蠶豆（Vicia faba L.）根尖細胞微核試驗研究了不同濃度的鉻對蠶豆根尖細胞微核率和染色體畸變的影響，以此評價鉻（Cr6+）的遺傳毒性。結果表明，隨鉻濃度升高，蠶豆根尖細胞微核率先升后降，染色體畸變率升高。50 mg/L鉻處理48 h微核率和100 mg/L鉻處理48 h染色體畸變率達到最大值，達到最大值后隨著鉻濃度增加微核率下降，但仍高于對照，鉻引起的染色體畸變以染色體斷片、落后染色體和染色體橋為主。試驗結果表明，鉻能誘導蠶豆根尖細胞微核的產生和染色體畸變。

關鍵詞：蠶豆（Vicia faba L.）；根尖細胞；鉻（Cr6+）；遺傳毒性；微核；染色體畸變

中圖分類號：X826 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）23-5711-03

鉻在自然界以六價態鉻（Cr6+）存在時就變成了一種常見的危害人類健康的致癌物質。工業生產帶來的Cr6+能夠通過水、空氣和食物進入人體，特別是通過土壤被蔬菜吸收后進入人體，逐漸累積。鉻酸、重鉻酸及其鹽類對人的黏膜及皮膚有刺激和灼燒作用，長期接觸會引發各種癌癥[1]。Cr6+對DNA分子有損傷作用，使DNA喪失模板功能，引起不正常轉錄，還可引起DNA鏈損傷、斷裂、構象改變，突變幾率增加[2，3]。Cr6+對不同植物和動物的影響受到人們的重視。盡管有學者對全國一些地區Cr6+的毒害進行了研究，但在重慶涪陵這種重工業城市這方面的研究較少。為此，在重慶涪陵研究了不同濃度鉻在梯度時間內對蠶豆根尖的脅迫作用，對該地區蠶豆種植的經濟效益及人們的身體健康有著非常重要的作用。

染色體畸變是微核形成的主要原因，但是微核形成的原因是多元的[4]。微核主要是由細胞分裂過程中落后的染色體和染色體斷片形成的。因此，微核率的高低可以反映遺傳損傷的程度。本試驗主要是對蠶豆微核和染色體畸變進行觀察和統計，采用的是蠶豆根尖細胞微核技術，因該技術具有取材方便、培養簡單、技術容易掌握等優點，已成為可以替代動物細胞體系檢測環境污染物毒性的標準方法[5]。

1 材料與方法

選用重慶農戶常種的蠶豆種子進行選種、消毒、浸種、催芽。用濃度分別為0（對照）、10、25、50、100 mg/L的Cr6+染毒液對蠶豆根染毒，分別培養6、12、24、48 h，再用去離子水恢復培養24 h后進行取材、固定、解離、染色、壓片和觀察。數據采用DPS 7.05和Excel進行處理。

微核率是指觀察的微核數占視野中觀察的細胞總數的比例；染色體總畸變率是染色體總畸變細胞數占有絲分裂細胞數的比例。

2 結果與分析

2.1 Cr6+對蠶豆根尖細胞微核率的影響

由表1可知，處理6 h的在50 mg/L時微核率達到最大值（16.95‰），處理12 h的在50 mg/L時微核率達到最大值（17.57‰），處理24 h的在25 mg/L時微核率達到最大值（21.59‰），處理48 h的在50 mg/L時微核率達到最大值。在4個時間段內的微核率都是隨著Cr6+濃度的增加先增加后下降，且Cr6+濃度為10～100 mg/L時微核率都顯著高于對照，但Cr6+濃度為100 mg/L時的微核率低于10～50 mg/L時的微核率，其原因可能是Cr6+濃度過高對細胞的損傷程度增加，導致微核形成減少[6]。

2.2 Cr6+對蠶豆根尖細胞染色體畸變率的影響

表2結果表明，總體上染色體畸變細胞的數量隨染毒時間和Cr6+濃度的增加而增加。染毒時間一定時，Cr6+的濃度與染色體畸變率呈正相關，在100 mg/L時達到最大值。當Cr6+的濃度一定時，染色體畸變率與染毒時間呈正相關，即染毒時間越長染色體畸變越明顯，畸變細胞數目增加。

2.3 各個時間段Cr6+對染色體畸變類型的影響

2.3.1 染毒6 h時Cr6+對染色體畸變類型的影響 由圖1可知，用Cr6+染毒6 h，蠶豆根尖細胞的染色體斷片類型的畸變率在Cr6+濃度≤50 mg/L時隨濃度的增加而增加，在Cr6+濃度為100 mg/L時略微下降，其余幾種類型畸變染色體的畸變率隨Cr6+濃度增加而增加。從處理1（0 mg/L的Cr6+）到處理5（100 mg/L的Cr6+）落后染色體類型的畸變率明顯增加。

處理1染色體畸變主要是染色體斷片，說明不用Cr6+處理時主要是染色體在分裂時斷片。處理2染色體畸變也主要是染色體斷片，但是落后染色體類型的畸變率較處理1明顯增加。處理3中染色體斷片類型的畸變率與處理2差別不大，但是落后染色體類型的畸變率有所增加。處理4染色體畸變主要是染色體斷片，但是與處理3相比較落后染色體類型的畸變率增加幅度較大，說明處理4刺激染色體畸變中的落后染色體形成。處理5染色體畸變主要是落后染色體，染色體橋類型的畸變率也有較明顯的增加。

總之，隨著Cr6+的增加染色體畸變細胞增多，染色體畸變率也隨之增大。

2.3.2 染毒12 h時Cr6+對染色體畸變類型的影響

圖2結果表明，染毒12 h時，在處理1、2、3中染色體畸變主要是染色體斷片。說明這3個處理毒害蠶豆根尖時染色體斷裂，從而形成了大量的斷片染色體。在處理4中染色體畸變主要是落后染色體，相比處理2和3染色體斷片類型的畸變率有所下降，同時，染色體橋類型的畸變率有所增加，表明在50 mg/L Cr6+濃度毒害蠶豆根尖時導致染色體分裂時有部分染色體沒有分裂從而形成染色體橋。處理5中染色體斷片、落后染色體和染色體橋3種類型的畸變率都較高，說明處理5的Cr6+濃度對這3種類型的畸變作用明顯。

2.3.3 染毒24 h時Cr6+對染色體畸變類型的影響

圖3結果表明，染毒24 h時，隨著Cr6+濃度的增加染色體斷片類型的畸變率先增加后略微降低，再又增加，染色體橋類型的畸變率先增加后下降。處理3和處理4染色體斷片、落后染色體和染色體橋3種類型的畸變率都較高且差別不大，說明這兩個處理對染色體畸變有明顯的影響。

2.3.4 染毒48 h時Cr6+對染色體畸變類型的影響

圖4結果表明，染毒48 h時，處理1、2、4、5的染色體畸變主要為染色體斷片，處理3染色體畸變主要為落后染色體，處理4和處理5染色體橋類型的畸變率較高。

3 小結與討論

1）試驗結果表明，蠶豆根尖細胞在Cr6+毒害下誘導了更多微核的形成。在同一染毒時間下，在Cr6+濃度≤50 mg/L時隨著Cr6+濃度的增加微核率增加，在Cr6+濃度為100 mg/L時微核率雖然下降，但仍明顯高于對照；在同一Cr6+濃度處理下，隨著染毒時間增加微核率增加。Cr6+染毒時間和濃度對微核的形成有明顯的影響，表明由于Cr6+的濃度和時間的積累對蠶豆根尖細胞產生了顯著的遺傳毒性。

每個染毒時間段100 mg/L Cr6+下的微核率均下降，可能的原因是長時間的高濃度Cr6+對細胞的損傷加劇，使得一些受損的細胞沒有完成有絲分裂而導致微核率下降[7，8]。

2）染色體畸變率隨著Cr6+濃度的增加和染毒時間延長而呈現上升的趨勢。Cr6+濃度從0 mg/L增加到10 mg/L時染色體畸變率增加幅度最大，再隨著Cr6+濃度的增加染色體畸變率增加幅度變小。染色體畸變的主要類型是染色體斷片、落后染色體和染色體橋，但染色體畸變還包括其他類型，例如染色體環、染色體濃縮和染色體的多極分裂。試驗結果表明，10、25、50、100 mg/L Cr6+均對蠶豆根尖細胞染色體有明顯的毒害作用。Cr6+對細胞分裂周期的各個時期都有不同的影響，六價鉻對細胞分裂前期的毒害導致染色體濃縮，對中期的影響是Cr6+破壞紡錘絲的形成或Cr6+干擾染色體某些自身的運動規律而使染色體不能到達紡錘體赤道板[9，10]。Cr6+對蠶豆根尖分生區細胞具有明顯的毒害作用，引起蠶豆根尖細胞染色體變異從而產生遺傳毒性。因此，Cr6+對作物的危害應引起鉻污染企業、環保工作者和蠶豆育種工作者的高度重視。

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