NaCl脅迫對鷹嘴豆根尖細胞有絲分裂的影響

薩娜瓦爾?艾比布拉　阿依努爾?阿布拉　陳全家等

摘要[目的] 為鷹嘴豆的抗性研究奠定細胞遺傳學基礎。[方法] 以鷹嘴豆根尖為材料， 用不同濃度的 NaCl 溶液 （0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 mol/L）分別處理24和48 h，觀察根尖分生組織細胞有絲分裂及染色體行為。[結果] 當 NaCl濃度≥0.1 mol/L時，處于分裂期的細胞逐漸減少， 并且鷹嘴豆根尖細胞出現染色體黏連、后期染色體分離不同步、微核、染色體斷裂、染色體橋、不均等分裂、后期滯后染色體等畸變現象。[結論] NaCl 作為一種脅迫因子， 對鷹嘴豆細胞的有絲分裂有抑制作用， 且具有遺傳毒性效應。

關鍵詞NaCl；鷹嘴豆；有絲分裂指數；染色體畸變率

中圖分類號S503.2文獻標識碼A文章編號0517-6611（2015）16-008-03

Effects of Salt Stress on Mitosis of Root Tip Cell in Chickpea

SANAWAER Aibibula， AYINUER Abula， CHEN Quanjia et al

（College of Agronomy， Xinjiang Agricultural University， Urumqi， Xinjiang 830052）

Abstract[Objective] The research aimed to lay the foundation of cell genetics for the study of resistance of chickpea. [Method] Chickpea root tips were treated by NaCl solutions of different concentrations （0.05， 0.10， 0.15， 0.20， 0.25 mol/L） for 24 and 48 h， and the cell mitosis of root meristem and chromosome behavior were observed. [Result] When NaCl concentration≥0.1 mol/L， the mitotic cells decreased gradually， and the chickpea root tip cells appeared chromosome conglutination， out of synchronization of anaphase chromosome separation， micronucleus， chromosome bridge， unequal division in the later stage， and lagging chromosomes aberration phenomenon， etc. [Conclusion] As a stress factor， NaCl had the inhibitory effects on chickpea mitosis and the genetic toxicity effects.

Key words NaCl； Chickpea； Mitotic index； Chromosome aberration

鷹嘴豆（Cicer arietinum L.）是世界第二大食用豆類，是印度、中東、南美洲重要的糧食作物[1]。我國鷹嘴豆主要分布于新疆、青海、甘肅和云南等省。新疆鷹嘴豆資源較豐富，是我國鷹嘴豆外貿出口的重要產地[2]。與其他豆類作物相比，鷹嘴豆具有需水少、 成本低、 經濟價值高等特點[3]。

根尖分生區的有絲分裂活動是植物體得以正常生長發育的基礎，而頂端分生組織區是植物體對不良環境因子反應最敏感的區域[4]。國內已有不少關于土壤鹽漬化影響體細胞分裂的報道，研究對象涉及大蒜、玉米、小麥、水稻、黑麥、豌豆等[5-10]。目前，鷹嘴豆的研究主要是集中在鷹嘴豆的營養成分、藥理作用、生態價值以及耐鹽生理等方面，而關于鷹嘴豆細胞遺傳學的研究至今鮮有報道[11-13]。以鷹嘴豆根尖為材料，筆者測定其在NaCl脅迫下的有絲分裂指數和染色體畸變率，為鷹嘴豆的抗性研究奠定細胞遺傳學基礎。

1材料與方法

1.1 試驗材料

鷹嘴豆品種213號，由新疆農業大學農學院提供。

1.2試驗方法

1.2.1

鷹嘴豆根尖的培養。首先，將選好的鷹嘴豆種子在清水中泡24 h，然后在25 ℃下置于盛有水的培養皿中培養發根，每日換水2次，待不定根長至0.5 cm 時將鷹嘴豆根尖移置盛有5種濃度（0.05、0.10、0.15、0.20、0.25 mol/L）的NaCl溶液中，并且設蒸餾水為陰性對照組，分別培養24、48 h，在上午8：00～10：00剪取根尖。

1.2.2

染色體制片的準備。根尖在4 ℃用卡諾式固定液固定18～24 h，然后移入濃度70%乙醇保存液中，在4 ℃冰箱內保存。制片時，先用蒸餾水沖洗根尖，然后將根尖放入盛有1 mol/L HCl 的小燒杯中，在60 ℃水浴條件下解離鷹嘴豆根尖7～9 min，用改良的笨酚品紅染色液染色10～15 min，常規壓片。

1.2.3

鏡檢計數。對每個試驗組觀察10個根尖，每個根尖統計約2 000個細胞，計算有絲分裂指數、染色體畸變率。

有絲分裂指數=分裂細胞數/觀察總細胞數×100%

染色體畸變率=染色體畸變細胞數/觀察總細胞數×1 000‰

1.3數據統計分析

利用Excel 2003 進行數據計算。采用SPSS 16.0統計軟件進行方差分析。

2結果與分析

2.1鷹嘴豆根尖細胞有絲分裂指數

有絲分裂指數是體細胞分裂的頻率和根尖生長速率的一個重要參數[14]。通過觀察鷹嘴豆根尖分生區細胞，發現NaCl濃度和處理時間均影響鷹嘴豆根尖細胞有絲分裂指數。由表1可知，當NaCl濃度為0.05 mol/L時，處理24、48 h的有絲分裂指數分別為5.56%、5.84%，均高于對照，且差異不顯著。這說明低濃度的NaCl對根尖細胞分裂有一定的促進作用。當NaCl濃度0.1 mol/L時，處理48 h的有絲分裂指數為4.32%，低于對照，出現顯著差異（P<0.05）。當NaCl濃度為0.15 mol/L時，差異極顯著（P<0.01），說明高濃度的NaCl可通過干擾細胞分裂周期，使得細胞分裂周期延長，從而降低細胞分裂指數。試驗結果還表明，當NaCl濃度相同時，隨著NaCl作用時間的延長，鷹嘴豆根尖細胞有絲分裂指數逐漸降低，說明相同濃度的NaCl對有絲分裂的抑制作用表現出鹽脅迫的累積效應。

表1不同濃度NaCl 溶液對鷹嘴豆根尖生長點細胞有絲分裂指數的影響

處理時間∥hNaCl濃度∥mol/L有絲分裂指數∥%

2405.32

0.055.56

0.104.90

0.154.74*

0.203.23**

0.252.38**

4805.54

0.055.84

0.104.32*

0.15 3.65**

0.20 2.86**

0.25 2.16**

注： * P<0.05，** P<0.01。

2.2鷹嘴豆根尖細胞染色體畸變率

NaCl誘導鷹嘴豆根尖細胞出現染色體畸變現象。畸變類型主要有染色體黏連、后期染色體分離不同步、微核、染色體橋、染色體斷裂、不均等分裂、后期滯后染色體等（圖1）。

由表2可知，當NaCl濃度為0.05 mol/L，處理24 h時，沒有觀察到染色體畸變類型；當NaCl濃度達到0.15 mol/L時，總畸變率為1.34‰，與對照相比有極顯著差異（P<0.01）。在處理48 h時，NaCl 濃度0.10 mol/L時總畸變率與對照相比差異顯著（P<0.05），NaCl濃度為0.15 mol/L時總畸變率達到2.30‰，且差異極顯著（P<0.01）。由此可知，當處理時間相同時，NaCl對鷹嘴豆根尖細胞的畸變作用隨著NaCl濃度的增加而加強；隨著NaCl作用時間的延長，鷹嘴豆根尖細胞染色體畸變率升高。

注：A.染色體黏連；B.后期染色體分離不同步；C.微核；D.不均等分裂；E：染色體橋；F.滯后染色體；G.染色體斷裂。

圖1染色體異常行為圖片

表2不同濃度NaCl 溶液對鷹嘴豆根尖細胞染色體行為的影響

處理時間∥hNaCl濃度mol/L異常分裂細胞比率∥‰

黏聯染色體不同步分離微核不均等分裂染色體橋染色體斷裂落后染色體染色體總畸變率∥‰

24000000000

0.0500000000

0.100.1700.25000.1300.55

0.150.2900.510.1200.270.151.34**

0.200.530.280.760.210.120.450.292.64**

0.250.790.261.060.350.160.580.373.57**

48000000000

0.05000.2100000.21

0.100.2700.330.1000.1100.81*

0.150.480.150.610.220.190.370.282.30**

0.200.780.310.940.370.310.640.493.84**

0.251.060.271.290.480.530.840.615.08**

注： * P<0.05，** P<0.01。

顯微鏡觀察和數據統計還表明，在鷹嘴豆根尖細胞表現的各種畸變類型中，微核、染色體黏聯和染色體斷裂所占的比例較高。微核的形成主要是由染色體畸變引起的，即不正常的有絲分裂過程中形成的染色體斷片和滯后染色體，在細胞分裂末期不能進入主核，便形成主核之外的核塊，當子細胞進入下一次分裂間期時，它們便濃縮成主核以外的小核，即形成微核，引起基因片段的丟失和基因的重組[15]。染色體黏聯的出現是因為 NaCl 對鷹嘴豆根尖細胞染色體產生毒害，增加染色體的黏性，染色體之間不易分開，表現為染色體形態不清晰，中期染色體集中在一起不能計數。NaCl 濃度較高或作用時間較長，可造成染色體斷裂，兩條斷裂端相互愈合，產生雙著絲粒染色體，在細胞分裂后期受2個著絲粒的牽引會出現染色體橋。如果染色體斷裂后的游離端相互黏聯，那么會導致不均等分裂[16]。所以，染色體斷裂是染色體各種結構變異的前奏。

3結論與討論

植物的抗鹽性是一個極為復雜的反應過程。不同植物甚至同一種類不同品種的植物對鹽脅迫的反應及其適應機制也不盡相同[17]。該次研究選用較高濃度的NaCl溶液（0.05～0.25 mol/L）培養鷹嘴豆。結果表明，NaCl溶液對鷹嘴豆根尖細胞有絲分裂產生抑制作用，且隨著NaCl濃度的增加以及處理時間的延長，有絲分裂指數明顯下降，說明有絲分裂指數與處理液濃度、處理時間呈負相關。

在正常情況下，細胞周期受到一系列基因、酶和蛋白質等內在因素的精確調控。外界環境因素對細胞分裂的影響是通過內因起作用的。因此，NaCl有可能造成DNA分子的損傷，從而影響酶或蛋白質的作用，擾亂正常的代謝關系，改變細胞內原有的物質平衡，阻止細胞向分裂態轉化，相應地延長細胞周期。該試驗的顯微觀察和數據分析進一步顯示，NaCl溶液能誘發鷹嘴豆根尖各時期細胞產生畸變染色體。所觀察到的染色體畸變類型主要有染色體黏連、后期染色體分離不同步、微核、染色體橋、不均等分裂、滯后染色體、染色體斷裂等。染色體是基因的載體。染色體結構發生變異可能改變基因的劑量或基因之間的關系，從而改變遺傳信息，引起生物性狀發生變異[18]。因此，研究NaCl脅迫對鷹嘴豆根尖細胞染色體行為的影響，從遺傳學角度揭示鹽害機理，豐富鷹嘴豆遺傳育種基礎，具有重大意義。

安徽農業科學2015年

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