硫酸铜对洋葱根尖细胞有丝分裂影响的研究

摘要 采用不同浓度的硫酸铜溶液分别处理洋葱根尖，观察细胞有丝分裂。结果表明：在CuSO4溶液浓度为0.065-1.000 g/L范围内，能促进细胞的有丝分裂，其促进作用在0.125 g/L时达到最大值为8.59%，染色体畸变率在浓度为0.500g/L时达到最大值，此后随着硫酸铜浓度的增加总染色体畸变率呈现明显的下降趋势。

关键词 洋葱 硫酸铜 有丝分裂指数 染色体畸变

中图分类号 0943 文献标识码 A

铜是高等植物生长发育过程中的一种重要的微量元素，作为多种酶的组分之一，参与很多生理代谢过程，对作物的发育、品质、产量等有重要的影响。在农业生产上常用铜作微肥促进作物增产，在水产养殖中常用作杀菌剂，但其具有积累性，过量时会对动植物产生毒害作用，阻碍作物的生长，降低产品的质量。

目前对铜对生物影响的研究大多以植物为主，对植物的危害主要表现在：（1）对植物光合作用的光系统Ⅱ（PSⅡ）的影响；（2）抑制根系生长使根尖硬化并造成其超微结构的破坏；（3）造成膜通透性增大，使胞内物质外渗而亏缺；（4）对细胞分裂产生影响；（5）对植物体内的酶产生明显的影响等。尽管已有的研究表明铜对植物有一定的毒害作用，但是，至今未见有关硫酸铜对洋葱根尖细胞遗传毒性的报道。因此，本实验用洋葱根尖细胞作测试系统，旨在探讨不同浓度硫酸铜溶液对洋葱根尖细胞有丝分裂的影响及其致畸效应，为进一步研究其对植物生长发育的影响规律提供依据。

1材料和方法

1.1实验材料

购于超市的洋葱，硫酸铜为上海绿源精细化工厂生产，为分析纯，用蒸馏水分别将其配成浓度为0.065g/L、0.125 g/L、0.250 g/L、0.500g/L、1.000g/L和2.000 g/L的溶液。

1.2实验方法

将洋葱表面干枯的鳞片叶剥去，用刀片将下部干根削至与鳞片叶基部平齐，置于烧杯中用蒸馏水浸泡培养，适时换水。待根尖长到0.5cm左右时，分别用0.065g/L、0.125 g/L、0.250g/L、0.500g/L、1.000 g/L和2.000 g/L的CuSO4溶液处理，处理时间为12、24、48 h，恢复培养12 h。对照组用蒸馏水处理，剪取根尖，用卡诺氏固定液（无水乙醇：冰醋酸=3：1）固定24 h，蒸馏水冲洗干净后保存于75%乙醇中。制片时用解离液（95%乙醇：浓盐酸=1：1）解离5min，蒸馏水漂洗10 min，0.01g/mL龙胆紫染液染色5 min，常规压片后，显微镜下观察、统计，每个处理至少观察5个根尖，每个根尖约1 000个细胞。显微摄像系统拍摄，统计相关数据，计算有丝分裂指数，观察染色体畸变现象。

有丝分裂指数=（分裂期细胞数，观察到的细胞总数）×100%。

染色体畸变率=（染色体畸变细胞数/分裂细胞数）×1000‰。

2结果与分析

2.1不同浓度硫酸铜溶液对洋葱生长的影响

用不同浓度硫酸铜溶液对洋葱根尖的培养发现，在溶液浓度为0.065-0.250g/L范围内细胞都能正常生长，在浓度为0.500-2.000g/L范围内48 h根尖能正常生长，随着时间的延长，根尖逐渐变细变软直至死亡，且洋葱绿色叶片上出现明显的皱褶，类胡萝卜素含量相对增加，可能是因为铜离子浓度过大导致细胞内酶活性下降，使叶绿素含量降低所致。

2.2不同处理时间不同浓度硫酸铜溶液对洋葱根尖细胞有丝分裂指数的影响

由表1看出：经12 h处理后与对照组相比，在0.065-1.000 g/L范围内，均能促进洋葱根尖细胞的有丝分裂，其促进作用在0.125 g/L时达到最大8.59%，以后随浓度的升高，分裂指数反而下降。

细胞被处理24 h时分裂指数均稍有下降，但是仍能看出在0.125g/L时，分裂指数最大。当处理48 h时，有丝分裂指数较24 h有所回升，不仅说明细胞对硫酸铜有一个适应过程，同时也说明在一定浓度范围内铜对植物生长有利。另外，随着处理时间的延长有丝分裂指数整体上呈下降的趋势，且浓度越大下降作用越明显。结合表中数据不难看出，当溶液浓度大于0.500 g/L时，溶液浓度越大，对有丝分裂的抑制作用越强。

2.3不同浓度硫酸铜不同处理时间对洋葱根尖细胞有丝分裂过程中染色体畸变率的影响

由表2可见：（1）处理12h时，随浓度的增大，染色体畸变率增大；当处理24h和48h时在溶液浓度为0.065-0.500 g/L范围内染色体畸变率不断增大，且在0.500 g/L时达到最大值分别为11.8±1.30和13.8±0.84；在0.500-2.000 g/L范围内随着溶液浓度的增大染色体畸变率降低。

（2）高浓度的硫酸铜（>0.065g/L）有明显的诱发染色体畸变的作用。组2染色体畸变率与组1相比较则差异不明显，组3-7畸变率明显高于组1（P

2.4硫酸铜对有丝分裂的影响

硫酸铜可使分生区细胞产生多种类型的染色体畸变（图1），包括微核、染色体断片、染色体粘连、染色体桥、解螺旋不同步等，在细胞周期的前期、中期、后期及末期均发现异常现象。

（1）前期主要表现为前期微核（图1-11），是由上一周期有丝分裂过程中染色体受损或染色体活动异常而形成的。

（2）中期表现在以下几个方面：①染色体断片（图1-2），断片是本次有丝分裂过程中染色体受损或染色体活动异常而造成的；②个别染色体活动异常未及赤道面（图1—3，图1-4）；③由于染色体活动异常而导致赤道面上的染色体分组（图1-5），此类细胞在后期将出现多极现象以及导致末期合胞体的形成。

（3）后期有：①染色体粘连和不同步（图1-6）；

②染色体粘连（图1-7）；

③染色体的多极分布，经硫酸铜处理的洋葱根尖细胞有丝分裂后期出现了不均等的四极分布（图8）；

④染色体桥，其出现是细胞分裂异常和染色体畸变的主要特征之一，是由于染色体断裂再融合形成双着丝粒和无着丝粒的染色体断片的结果（图1-9，图1-10）。

（4）末期的异常情况主要有微核（图1-11）、滞留染色体、染色体桥、染色体解螺旋异常以及合胞体等。原因分别是：①末期的微核（图1-12）可能是上次有丝分裂过程中形成，也可能是本次有丝分裂过程中由于染色体解螺旋不同步而造成的（图1-13）；②由于后期出现了不均等的多极异常分布，以及个别染色体受损或染色体活动异常，从而导致合胞体的形成（图1-14），以及多核现象（图1-15）。

3思考与讨论

在本实验中采用不同浓度的硫酸铜溶液分别处理洋葱根尖，并观察细胞有丝分裂。结果表明：随着溶液浓度的增加（0.065g/L、0.125g/L、0.250g/L、0.500g/L、1.000 g/L和2.000 g/L）及处理时间的延长（12、24、48 h），在CuSO4溶液浓度为0.065-1.000 g/L范围内，能促进细胞的有丝分裂，其促进作用在0.125 g/L时达到最大值为8.59%，以后随着溶液浓度的升高，分裂指数降低。染色体畸变率也随着溶液浓度的增加而增大，当浓度为0.500 g/L时达到最大值，此后随着硫酸铜浓度的增加总染色体畸变率呈现明显的下降趋势。

洋葱根尖经高浓度硫酸铜处理表现之一为有丝分裂指数下降，主要原因可能是硫酸铜的毒害作用超过了植物自身的保护作用，降低了核酸酶活性，使DNA合成速率变慢，延长分裂间期；或与DNA结合、造成DNA的交联、阻碍了DNA复制的顺利进行。由于细胞进入S期需要足够的触发蛋白，硫酸铜处理也可能影响了细胞触发蛋白的合成。本研究还发现：洋葱根尖细胞有丝分裂过程中染色体畸变率随硫酸铜浓度和染毒时间的增加而增加。细胞经化学药物的作用易导致分裂过程中滞留染色体形成落后染色体、染色体桥、微核等畸变现象。在本实验中硫酸铜对植物有丝分裂的影响已得到充分证实，而对高等植物减数分裂及对植物其他生理、生化过程的影响和是否会通过食物链或其他途径危害人类的健康等问题也应当引起人们高度重视。