全 文 ：麦类作物学报　２０１５，３５（１１）：１５９２－１５９６
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｒｉｔｉｃｅａｅ　Ｃｒｏｐｓ　 ｄｏｉ：１０．７６０６／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－１０４１．２０１５．１１．１９
网络出版时间：２０１５－１１－０５
网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／６１．１３５９．Ｓ．２０１５１１０５．０９２４．０３８．ｈｔｍｌ
镉胁迫对小黑麦根尖细胞的遗传毒害效应
收稿日期：２０１５－０５－２９　　　修回日期：２０１５－０７－０２
第一作者Ｅ－ｍａｉｌ：ＳＬＲ７０１２１２＠１６３．ｃｏｍ
时丽冉１，白丽荣１，高汝勇１，徐嘉艺２
（１．衡水学院生命科学系，河北衡水０５３０００；２．南开大学生命科学学院，天津３０００７１）
摘　要：为了解重金属镉胁迫对小黑麦萌发期的细胞遗传毒害效应，用不同浓度的ＣｄＣｌ２ 溶液（０、１．０、
２．０、５．０、１０．０、２５．０ｍｇ·Ｌ－１）处理萌发期的小黑麦根尖６、１２、２４和４８ｈ，观察其对有丝分裂和染色体行为
及核仁的影响。结果表明，ＣｄＣｌ２ 对小黑麦根尖细胞产生了明显的毒害作用。随着ＣｄＣｌ２ 处理时间的延长和
处理浓度的升高，有丝分裂指数逐渐降低，同时诱发了微核和各种染色体畸变的出现，畸变率随处理浓度的升
高和处理时间的延长而逐渐提高。当ＣｄＣｌ２ 浓度大于１０ｍｇ·Ｌ－１、处理时间长于２４ｈ时，细胞核出现变形，
核仁也出现了异常。
关键词：小黑麦；ＣｄＣｌ２；有丝分裂指数；微核；染色体畸变；核仁
中图分类号：Ｓ５１２．４；Ｓ３１１　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００９－１０４１（２０１５）１１－１５９２－０５
Ｇｅｎｅｔｉｃ　Ｔｏｘｉｃｉｔｙ　ｏｆ　Ｃａｄｍｉｕｍ　ｔｏ　Ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　Ｒｏｏｔ　Ｔｉｐ　Ｃｅｌｓ
ＳＨＩ　Ｌｉｒａｎ，ＢＡＩ　Ｌｉｒｏｎｇ，ＧＡＯ　Ｒｕｙｏｎｇ，ＸＵ　Ｊｉａｙｉ
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｎｇｓｈｕｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｎｇｓｈｕｉ，Ｈｅｂｅｉ　０５３０００，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｃｏｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｌｉｆｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｎａｎｋａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｓｔｕｄｙ　ｔｈｅ　ｇｅｎｅｔｉｃ　ｔｏｘｉｃｉｔｙ　ｏｆ　ｃａｄｍｉｕｍ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｅｒｍｉｎａｔｉｎｇ　ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　ｃｅｌｓ，ｔｈｅ　ｒｏｏｔｓ　ｏｆ　ｇｅｒ－
ｍｉｎａｔｉｎｇ　ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　ｗｅｒｅ　ｔｒｅａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＣｄＣｌ２ｓｏｌｕｔｉｏｎ （０，１，２，５，１０，２５
ｍｇ·Ｌ－１）ｆｏｒ　６，１２，２４ａｎｄ　４８ｈ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｍｉｔｏｓｉｓ，ｔｈｅ　ａｂｎｏｒｍａｌ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｏ－
ｓｏｍｅ　ａｎｄ　ｎｕｃｌｅｏｌｕｓ　ｗｅｒｅ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ＣｄＣｌ２ｈａｄ　ｏｂｖｉｏｕｓ　ｔｏｘｉｃｉｔｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｏｏｔ　ｔｉｐ
ｃｅｌｓ　ｏｆ　ｔｒｉｔｉｃａｌｅ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｐｒｏｌｏｎｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅ　ｍｉｔｏｔｉｃ　ｉｎｄｅｘ　ｄｅ－
ｃｒｅａｓｅｄ　ｇｒａｄｕａｌｙ，ｗｈｉｌｅ　ｔｈｅ　ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ　ａｎｄ　ａ　ｖａｒｉｅｔｙ　ｏｆ　ｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌ　ａｂｅｒｒａｔｉｏｎｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｄｕｃｅｄ．
Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｉｍｅ．Ｉｔ　ｗａｓ
ｆｏｕｎｄ　ｔｈａｔ　ｃａｄｍｉｕｍ　ｃａｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｎ　ｎｕｃｌｅｉ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｎｕｃｌｅｏｌｕｓ　ａｂｎｏｒｍａｌ　ｗｈｅｎ　ｃａｄｍｉｕｍ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａ－
ｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　１０ｍｇ·Ｌ－１，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｗａｓ　ｌｏｎｇｅｒ　ｔｈａｎ　２４ｈ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｔｒｉｔｉｃａｌｅ；Ｃａｄｍｉｕｍ　ｃｈｌｏｒｉｄｅ；Ｍｉｔｏｔｉｃ　ｉｎｄｅｘ；Ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ；Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ；Ｎｕ－
ｃｌｅｏｌｕｓ
　　随着现代工业的不断发展，重金属在自然环
境中的含量呈现不断增长趋势，而且其在土壤中
易积累，具有稳定、不易消除等特点。镉是一种环
境中常见的生物体非必需金属元素，一旦进入环
境中，很难被生物降解，半衰期长达２０年［１］，不仅
影响植物的生长和发育，还会通过食物链危害人
体健康。土壤中的镉离子容易被植物的根系吸
收［２］，并对细胞造成不可逆的毒害作用，最终影响
植物的生长发育。曹德菊等［３］的研表明，Ｃｄ对蚕
豆根尖细胞有丝分裂及染色体行为存在显著的影
响，当浓度为１．０ｍｇ·Ｌ－１时Ｃｄ即产生显著效
应。镉能导致蚕豆根尖细胞分裂出现障碍或不正
常分裂，使细胞分裂周期延长，染色体断裂、畸变、
粘连和液化［４］。张义贤［５］研究了包括镉在内的多
种重金属对大麦的遗传毒性，结果表明，重金属会
降低有丝分裂指数，增加染色体畸变率，并对核仁
造成破坏。一定浓度的镉处理也会对小麦和龙葵
根尖细胞造成遗传毒害［６－７］。小黑麦属于粮饲兼
用作物，抗逆性较强，适应性广［８］，但有关重金属
对小黑麦的毒害作用尚未见研究报道。本实验以
小黑麦为材料，比较分析了不同ＣｄＣｌ２ 浓度下种
子萌发期根尖细胞的分裂指数、分裂期细胞的染
色体畸变率、微核数、细胞核、核仁等的差异，探讨
镉对小黑麦萌发期分裂细胞的遗传毒害效应，以
期为农业生产中镉的生物毒害效应的早期预测预
报提供理论依据。
１　材料与方法
１．１　材 料
试验材料选用生产推广的小黑麦品种中饲
８２８，由河北省农林科学院旱作农业研究所提供。
ＣｄＣｌ２ 为分析纯，用去离子水配成浓度为０、
１．０、２．０、５．０、１０．０、２５．０ｍｇ·Ｌ－１的 ＣｄＣｌ２
溶液。
１．２　方 法
选取饱满的小黑麦种子，经０．１％ ＨｇＣｌ２ 消
毒１０～１５ｍｉｎ，去离子水冲洗干净后均匀地摆放
在铺有滤纸的培养皿中，置于２５℃培养箱中培养
萌发。当种子初生根长到０．２～０．５ｃｍ时，放入
盛有５种ＣｄＣｌ２ 溶液处理的铺有滤纸的培养皿
中，分别培养６、１２、２４和４８ｈ，用蒸馏水做对照。
将处理过的根尖用卡诺氏固定液固定２４ｈ，并用
浓度为７０％的乙醇保存。试验时用１ｍｏｌ·Ｌ－１
的盐酸在６０℃水浴下水解５～１０ｍｉｎ，目的是使
细胞壁软化，有利于细胞分散。改良品红室温下
染色１５～２０ｍｉｎ，常规压片，镜检，观察并统计小
黑麦根尖细胞分裂指数、染色体畸变率、微核率和
细胞核畸变率；用改良的Ａｇ－ＮＯＲ法观察核仁数
目和分布的变化［９］。每个处理观察１５～２０个根
尖（随机选择），至少５　０００～６　０００个细胞。典型
图像用显微摄像系统进行拍照。用ＳＰＳＳ（ＳＰＳＳ
ｆｏｒ　Ｗｉｎｄｏｗｓ）软件对数据统计分析并进行差异显
著性检验。
细胞分裂指数＝分裂细胞数／观察细胞总数
×１００％
微核率＝出现微核的细胞数／间期细胞总数
×１００‰
染色体畸变率＝畸变细胞数／分裂期细胞总
数×１００％
核仁畸变率＝核仁畸变细胞数／观察细胞总
数×１００％
２　结果与分析
２．１　ＣｄＣｌ２ 处理对小黑麦根尖分生区细胞有丝
分裂指数的影响
由表１可以看出，随着ＣｄＣｌ２ 浓度的升高和
处理时间的延长，小黑麦根尖细胞有丝分裂指数
逐渐降低，且与对照差异显著（表１）。低浓度短
时间处理时，有丝分裂指数差异不明显。ＣｄＣｌ２
浓度越高，有丝分裂指数下降越显著；同一ＣｄＣｌ２
浓度下，处理时间越长，有丝分裂指数越低，如浓
度为１０ｍｇ·Ｌ－１时，６ｈ处理下有丝分裂指数为
６．５０％，而４８ｈ时只有３．６３％。
表１　ＣｄＣｌ２ 处理对小黑麦根尖分生区
细胞有丝分裂指数的影响
Ｔａｂｌｅ　１　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＣｄＣｌ２ｏｎ　ｍｉｔｏｔｉｃ　ｉｎｄｅｘ　ｏｆ　ｔｈｅ
ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　ａｐｉｃａｌ　ｍｅｒｉｓｔｅｍ　ｒｅｇｉｏｎ　ｃｅｌｓ ％
ＣｄＣｌ２浓度
ＣｄＣｌ２
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
／（ｍｇ·Ｌ－１）
处理时间Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ
６ｈ １２ｈ ２４ｈ ４　８ｈ
０　 １３．３８Ａａ　 １４．２５Ａａ　 １５．３６Ａａ　 １５．８５Ａａ
１　 １０．５４Ｂａ　 １１．３２Ｂａ　 ８．７４Ｂｂ　 ７．８７Ｂｂ
２　 １１．８２Ｃａ　 １０．６９Ｂａ　 ７．５８Ｂｂ　 ６．０２Ｃｃ
５　 ８．３５Ｄａ　 ７．４５Ｃｂ　 ５．７５Ｃｃ　 ４．８７Ｄｄ
１０　 ６．５０Ｅａ　 ５．２１Ｄｂ　 ４．５８ＣＤｃ　 ３．６３Ｅｄ
２５　 ５．３７Ｆａ　 ４．５５Ｄｂ　 ３．８６Ｄｃ　 ２．１５Ｆｄ
　　表中数值后的大、小写字母不同分别表示同一时间不同浓度
间和同一浓度不同时间间差异达到显著水平（Ｐ＜０．０５）。下同
Ｔｈｅ　ｃａｐｉｔａｌ　ａｎｄ　ｓｍａｌ　ｌｅｔｔｅｒｓ　ｆｏｌｏｗｉｎｇ　ｔｈｅ　ｖａｌｕｅｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔａｂｌｅ
ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ　ａｍｏｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｃｏｎｃｅｎ－
ｔｒａｔｉｏｎｓ　ａｔ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｔｉｍｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｃｏｎ－
ｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ａｔ　０．０５ｌｅｖｅｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ａｓ　ｉｎ　ｆｏｌｏｗｉｎｇ
ｔａｂｌｅｓ
２．２　ＣｄＣｌ２ 处理对小黑麦根尖细胞微核率的
影响
微核是由于前一分裂期产生的落后染色体或
染色体断片没有纺锤丝的牵引，不能与正常的染
色体协同活动，在进入分裂间期时被排除在核外
形成［１０］，其大小与数目不一，一般为１～３个。从
表２可以看出，微核率随着ＣｄＣｌ２ 处理浓度的升
·３９５１·第１１期 时丽冉等：镉胁迫对小黑麦根尖细胞的遗传毒害效应
高和处理时间的延长而上升。低ＣｄＣｌ２ 浓度处理
时，微核率变化不明显；高浓度ＣｄＣｌ２ 处理下，小
黑麦根尖细胞除表现出较高的微核率外，还出现
了核变形现象（图１），正常细胞核为圆形或椭圆
形，高浓度、长时间ＣｄＣｌ２ 处理后，细胞核出现了
不规则形状，且随着ＣｄＣｌ２ 浓度越高，细胞核变形
越严重。
表２　ＣｄＣｌ２ 处理对小黑麦根尖细胞微核率的影响
Ｔａｂｌｅ　２　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＣｄＣｌ２ｏｎ　ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　ｒｏｏｔ　ｔｉｐ　ｃｅｌｓ ‰
ＣｄＣｌ２浓度
ＣｄＣｌ２
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
／（ｍｇ·Ｌ－１）
处理时间Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ
６ｈ １２ｈ ２４ｈ ４　８ｈ
０　 ０．０１Ｅａ　 ０．０２Ｅａ　 ０．１１Ｆａ　 ０．１０Ｅａ
１　 ０．５３Ｅｃ　 ０．９８ＤＥｂ　１．６５Ｅａ　 １．７５Ｄａ
２　 ０．９５Ｄｃ　 １．６５Ｄｂ　 ２．２８Ｄａ　 ２．７９Ｄａ
５　 ２．１５Ｃｄ　 ３．３８Ｃｃ　 ４．５６Ｃｂ　 ５．８１Ｃａ
１０　 ３．２６Ｂｃ　 ５．４９Ｂｂ　 ６．３３Ｂａ　 ７．２３Ｂａ
２５　 ４．４１Ａｄ　 ６．５４Ａｃ　 ８．６３Ａｂ　 １０．５７Ａａ
２．３　ＣｄＣｌ２ 处理对小黑麦根尖细胞染色体畸变
率的影响
染色体畸变是处于分裂期的细胞受到不良环
境影响后，在染色体水平表现出可见的形态、结构
变化，主要有染色体断片、染色体桥、染色体粘连、
染色体滞后、染色体解螺旋不同步、染色体不均等
分离等。本实验中，小黑麦根尖处于分裂期的细
胞染色体行为对ＣｄＣｌ２ 极为敏感。经不同ＣｄＣｌ２
浓度、不同时间处理后，染色体出现了各种畸变类
型（图１），并且畸变率与ＣｄＣｌ２ 浓度和处理时间
呈正相关。当ＣｄＣｌ２ 浓度由１０ｍｇ·Ｌ－１达到２５
ｍｇ·Ｌ－１时，根尖细胞染色体畸变率急剧升高，
４８ｈ处理的根尖染色体畸变率达到了２５．７５％，
染色体形态、结构受到了很大的影响。此阶段小
黑麦体内对重金属中毒的防御系统可能由于
Ｃｄ２＋浓度过高而遭到严重破坏，大量 Ｃｄ被植物
体所吸收，造成了染色体畸变数量增加。
２．４　ＣｄＣｌ２ 处理对小黑麦根尖细胞核仁的影响
由表４可以看出，随着ＣｄＣｌ２ 浓度的升高和
处理时间的延长，细胞核内核仁的异常呈上升趋
势。在ＣｄＣｌ２ 作用下，核仁数量和大小发生了很
大变化。银染结果显示，低浓度和短时间处理对
核仁的影响并不显著，但较高浓度的Ｃｄ２＋处理较
长时间后，根尖分生组织细胞中明显出现多核仁
现象，核仁的数目从五、六个至十几个不等。但新
增加的核仁体积明显小于正常核仁。毒害严重
时，核仁会破碎为无数的小颗粒，并从细胞核中游
离出来分散在整个细胞质中，导致核仁无法进行
正常的生理活动。有些细胞细胞壁内变空，大量
细小的核仁散布在细胞壁边缘（图２）。
表３　ＣｄＣｌ２ 处理对小黑麦根尖细胞染色体畸变率的影响
Ｔａｂｌｅ　３　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＣｄＣｌ２ｏｎ　ｃｈｒｏｍｏｓｏｍａｌ　ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ
ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　ｒｏｏｔ　ｔｉｐ　ｃｅｌｓ ％
ＣｄＣｌ２浓度
ＣｄＣｌ２
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
／（ｍｇ·Ｌ－１）
处理时间Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ
６ｈ １２ｈ ２４ｈ ４　８ｈ
０　 ０．１２Ｆａ　 ０．１１Ｄａ　 ０．１８Ｅａ　 ０．１５Ｅａ
１　 ２．３７Ｅｃ　 ４．５８Ｃｂ　 ５．６１Ｄｂ　 ７．３２Ｄａ
２　 ３．４７Ｄｄ　 ４．７５Ｃｃ　 ６．５８Ｄｂ　 ７．８９Ｄａ
５　 ６．３５Ｃｃ　 ７．５３Ｂｂ　 ９．５６Ｃａ　 １０．３３Ｃａ
１０　 ８．５３Ｂｃ　 ９．４９Ｂｂ　 １１．３８Ｂａ　 １２．１１Ｂａ
２５　 １１．５７Ａｄ　 １７．３３Ａｃ　 ２１．６５Ａｂ　 ２５．７５Ａａ
表４　ＣｄＣｌ２ 处理对小黑麦根尖细胞核仁畸变率的影响
Ｔａｂｌｅ　４　Ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ＣｄＣｌ２ｏｎ　ｎｕｃｌｅｏｌｕｓ　ａｂｂｅｒｒａｔｉｏｎ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ
ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　ｒｏｏｔ　ｔｉｐ　ｃｅｌｓ ％
ＣｄＣｌ２浓度
ＣｄＣｌ２
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
／（ｍｇ·Ｌ－１）
处理时间Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｔｉｍｅ
６ｈ １２ｈ ２４ｈ ４　８ｈ
０　 ０．０１Ｄａ　 ０．０１Ｅａ　 ０．０５Ｃａ　 ０．０７Ｅａ
１　 ０．２８Ｄｃ　 ０．６１Ｅｂ　 ０．９７Ｃａ　 １．１６Ｄａ
２　 ０．６６Ｄｂ　 ０．９５Ｄｂ　 １．２８Ｂａ　 １．８３Ｄａ
５　 １．８７Ｃｃ　 ２．０９Ｃａｂ　 ２．７４Ｂａ　 ３．４１Ｃａ
１０　 ３．５３Ｂｃ　 ５．７６Ｂｂ　 ７．６５Ａａ　 ８．３４Ｂａ
２５　 ４．９６Ａｄ　 ７．０５Ａｃ　 ９．３７Ａｂ　 １１．７６Ａａ
３　讨 论
根尖分生区是有丝分裂最旺盛的部位，也是
植物体对土壤中重金属反应最敏感的区域。重金
属进入植物体后，主要在植物的根部积累［１１］。本
实验结果表明，重金属镉胁迫对小黑麦根尖细胞
的分裂指数、微核数、分裂期细胞的染色体畸变
率、核仁变化等确实存在显著影响。处理过的小
黑麦根尖表现出有丝分裂指数降低以及微核、染
色体断片、染色体桥、染色体滞后、粘连等现象，并
且随着处理浓度的升高和处理时间的延长，微核
率、染色体畸变率、核仁异常呈逐渐上升趋势。
　　前人对镉的毒害机理进行了推测，认为产生
·４９５１· 麦　类　作　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３５卷
　　ａ和ｂ：微核；ｃ和ｄ：染色体断片；ｅ：染色体桥；ｆ：染色体不均等分离；ｇ：染色体粘连；ｈ：染色体解螺旋不同步；ｉ：核变形
ａ　ａｎｄ　ｂ：Ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ；ｃ　ａｎｄ　ｄ：Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ｆｒａｇｍｅｎｔｓ；ｅ：Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ｂｒｉｄｇｅ；ｆ：Ｕｎｅｑｕａｌ　ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ；ｇ：Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ
ａｄｈｅｓｉｏｎｓ；ｈ：Ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ｃｏｉｌｉｎｇ　ａｓｙｎｃｈｒｏｎｙ；ｉ：Ｄｅｆｏｒｍｅｄ　Ｎｕｃｌｅｉ
图１　ＣｄＣｌ２ 处理下小黑麦根尖细胞微核及染色体畸变图像（放大倍数１０×１００）
Ｆｉｇ．１　Ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ　ａｎｄ　ｃｈｒｏｍｏｓｏｍｅ　ａｂｅｒｒａｔｉｏｎ　ｉｍａｇｅｓ　ｏｆ　ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　ｒｏｏｔ
ｔｉｐ　ｃｅｌｓ　ｗｉｔｈ　ＣｄＣｌ２ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（Ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ　１０×１００）
ａ、ｂ：正常核仁；ｃ、ｄ：多核仁；ｅ、ｆ：核仁破碎
ａ，ｂ：Ｎｏｒｍａｌ　ｎｕｃｌｅｏｌｉ；ｃ，ｄ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｎｕｃｌｅｏｌｉ；ｅ，ｆ：Ｂｒｏｋｅｎ　ｎｕｃｌｅｏｌｕｓ
图２　ＣｄＣｌ２ 处理后小黑麦根尖细胞核仁的变化（放大倍数１０×１００）
Ｆｉｇ．２　Ｎｕｃｌｅｏｌａｒ　ｃｈａｎｇｅｓ　ｏｆ　ｔｒｉｔｉｃａｌｅ　ａｐｉｃａｌ　ｃｅｌｓ　ｗｉｔｈ　ＣｄＣｌ２ｔｒｅａｔｍｅｎｔ（Ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ　１０×１００）
·５９５１·第１１期 时丽冉等：镉胁迫对小黑麦根尖细胞的遗传毒害效应
遗传毒害的时间主要是在细胞分裂间期，ＤＮＡ和
染色体复制过程中，其作用有些是直接的，而大部
分是间接的［１２－１３］。刘东华等［１４］通过镉对洋葱根
尖的生长及细胞分裂的影响研究认为，镉影响钙
调蛋白ＣａＭ参与纺锤丝微管蛋白的组装拆卸，从
而阻止细胞分裂。薛洪宝等［１５］认为，镉毒性主要
是使细胞的信号传递系统中毒，导致某些酶转录
激活或抑制。也有学者认为，进入细胞的Ｃｄ２＋与
带负电的核酸结合，降低ＲＮＡ和ＤＮＡ的活性，
引起核酸裂解，并影响到细胞有丝分裂过程［１６－１７］。
本研究结果表明，ＣｄＣｌ２ 通过竞争性从离子通道
进入细胞中，首先能直接作用于ＤＮＡ分子，引起
ＤＮＡ损伤甚至断裂，产生微核和断片，并造成染
色体粘连。断裂的染色体末端粘连，在分裂的后
期和末期出现桥结构；重金属镉还可能干扰了蛋
白质的合成，使与复制、转录、染色体运动有关的
蛋白质和酶缺乏，影响了有丝分裂的各项活动，由
此造成染色体形态和运动异常；组成纺锤丝的微
管和微管结合蛋白以及负责染色体向两极运动的
动力蛋白极易受到重金属的影响，使蛋白质的正
常构象受到破坏，丧失功能，导致染色体滞后、多
极分裂以及不均等分裂等现象发生。
以往的研究中，往往忽略了重金属对核仁的
毒害作用。本实验通过银染技术观察重金属镉对
核仁的影响，结果表明，较高浓度的ＣｄＣｌ２ 对核仁
结构造成损伤，其损伤程度与ＣｄＣｌ２ 溶液浓度大
小与处理时间呈正相关。细胞从分裂期回到间期
伴随着染色体的重新凝集，核仁重新出现，由于染
色体在分裂期受到重金属镉的影响，出现各种形
态结构和运动功能的异常，核仁组织区不可避免
地受到损伤，因此核仁的形成受到影响。核仁是
核糖体发生的场所，组成核糖体的ｒＲＮＡ在核仁
中进行转录，并与从细胞质来的核糖体蛋白进行
结合组装，最终形成核糖体的大、小亚基，经由核
孔复合体运至细胞质执行蛋白质翻译功能。核仁
结构受到破坏必定影响其正常功能的发挥，并严
重影响细胞的蛋白质合成。这可能是重金属对植
物产生细胞遗传学毒害效应的另一重要原因。
参考文献：
［１］Ｗａｎｇ　Ｙ　Ｚ（王一喆），Ｗａｎｇ　Ｑ（王 强）．Ｃａｉｕｍ　ｔｏｘｉｃｉｔｙ　ｔｏ　ｐｌａｎｔ
ｒｏｏｔｓ［Ｊ］．Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ　Ｔｒａｃｅ　Ｅｌｅｍｅｎｔｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ（广东微量元素
科学），２００８，１５（４）：１－５（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）．
［２］Ｗａｇｎｅｒ　Ｇ　Ｊ．Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃａｄｍｉｕｍ　ｉｎ　ｃｒｏｐ　ｐｌａｎｔｓ　ａｎｄ　ｉｔｓ
ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｔｏ　ｈｕｍａｎ　ｈｅａｌｔｈ ［Ｊ］．Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ａｇｒｏｎｏｍｙ，
１９９３，５１：１７３－２１２（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）．
［３］Ｃａｏ　Ｄ　Ｊ（曹德菊），Ｔａｎｇ　Ｂ（汤 斌）．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｌｕｍｂｕｍ，ｃａｄｍｉ－
ｕｍ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ　ａｃｔａｔｅ　ｏｎ　ｒｏｏｔ　ｔｉｐ　ｃｅｌ　ｏｆ　Ｖｉｃｉａ
ｆａｂａ［Ｊ］．Ａｃｔａ　Ｌａｓｅｒ　Ｂｉｏｌｏｇｙ　Ｓｉｎｉｃａ（激光生物学报），２００４，
１３（４）：３０２－３０５（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｗｉｔｈ　Ｅｎｇｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）．
［４］Ｍｏ　Ｗ　Ｈ莫文红），Ｌｉ　Ｍ　Ｘ（李懋学）．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ＣｄＣｌ２ｏｎ　ｔｈｅ
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［１５］Ｘｕｅ　Ｈ　Ｂ（薛洪宝），ＺＨａｎｇ　Ｈ（张 晖），Ｌｉａｎｇ　Ｌ　Ｌ（梁丽丽），ｅｔ
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ｇｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｃｏ－Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ（中国
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ｌｉｓｈ　ａｂｓｔｒａｃｔ）．
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［１７］Ｋａｚａｎｔｚｉｓ　Ｇ．Ｍｕｔａｇｅｎｉｃ　ａｎｄ　ｃａｒｃｉｎｏｇｅｎｉｃ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｃａｄｍｉｕｍ
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·６９５１· 麦　类　作　物　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　第３５卷