全 文 ：·研究简报· 北方园艺 2008(12):62～ 64
第一作者简介:王太霞(1964-),女,博士, 教授 ,主要从事植物学的
教学和科研工作。 E-mail:wtaixia@126.com。
基金项目:河南省科技厅重点攻关资助项目(072102270018);河南
师范大学国家级科研项目培育基金资助项目(2007PL04)。
收稿日期:2008-07-14
芦荟蒽醌类物质对紫外线照射下洋葱和
大蒜根尖细胞分裂的影响
王太 霞 , 过 治军 , 孙 　华 , 高 玉霞 , 赵瑞 飞
(河南师范大学生命科学学院,河南 新乡 453007)
　　摘　要:以大蒜和洋葱为试材 ,研究了用波长为 308 nm的 UV-B辐射灯照射 ,不涂抹芦荟蒽
醌类物质;先涂抹芦荟蒽醌类物质 ,再进行 UV-B照射;先进行 UV-B照射 ,然后再涂抹芦荟蒽醌
类物质 ,通过根尖压片法观察根尖细胞分裂过程等方式下洋葱和大蒜根尖细胞分裂的影响 ,根尖
在自然条件下生长 ,不经 UV-B辐射灯照射为对照(CK)。结果表明:经紫外线照射过的洋葱和
大蒜根尖细胞中出现了畸形核 、染色体桥 、落后染色体 、游离染色体等异常现象。但先涂抹芦荟
蒽醌类物质 ,然后进行 UV-B照射的一组 ,根尖细胞中的异常现象明显减少。说明芦荟叶中的蒽
醌类等次生代谢物质有屏蔽紫外线辐射 、防止紫外线辐射伤害的功能。
关键词:紫外线;芦荟;洋葱;大蒜;根尖细胞
中图分类号:S 633;S 124+.1　文献标识码:A　文章编号:1001-0009(2008)12-0062-03
　　由于人类的活动产生了大量的氟氯烃 、氮氧化物 ,
导致大气臭氧层变薄 ,使到达地球表面的紫外线增加 ,
这已经成为全球性的环境问题之一。据世界气象组织
报告 ,大气中氟氯烃类浓度的年增率为 7%[ 1] 。当氟氯
烃类化合物被排放到平流层的顶部时 ,会被光降解而释
放出氯原子 ,氯原子催化性地毁灭臭氧 ,耗竭对地表环
境具有保护作用的臭氧层[ 2] 。臭氧层对太阳中的紫外
线有较强吸收作用 ,从而保护地球表面的生物免受来自
太阳紫外线辐射的侵害。根据太阳紫外线辐射的生物
效应和波长不同 ,将其分为 3类。UV-C ,波长为 200 ～
280 nm属于超强效应波段 ,UV-C对生命有极强的杀伤
力 ,所幸的是臭氧层对 UV-C 有很强的吸收性 ,即使平
流层臭氧浓度减少到现在的 10%,平流层臭氧仍能吸收
日光中全部的 UV-C[ 3] 。因此 ,平流层臭氧浓度减少对
于到达地球表面的 UV-C 没有明显变化。UV-A ,波长
为320 ～ 400 nm ,属于弱效应波段 ,对生物的辐射效应较
弱。由于 UV-A的穿透能力很强 ,太阳中的 UV-A都能
到达地球表面 ,因此 ,平流层臭氧浓度减少对于到达地
球表面的 UV-A的辐射量及其对生物的影响没有明显
变化。UV-B ,波长为 280 ～ 320 nm ,属于强效应波段 ,为
生物有效辐射。平流层臭氧能吸收90%的 UV-B辐射 ,
从而保护地表生物免受来自太阳的 UV-B辐射的侵害。
由于平流层臭氧是日光中 UV-B辐射的主要衰减器 ,臭
氧减少的一个直接后果是使到达地表的中 UV-B辐射
明显增强 ,据报道 ,大气中的臭氧量每减少 1%,到达地
面的紫外线量增加 2%[ 4-5] 。超剂量的 UV-B辐射对人
类健康 、动植物生长 、地球生态等造成严重的影响[ 6] 。
因此 ,关于地表 UV-B辐射增强的生物学效应的研究 ,是
近年来国际上研究的热点之一 ,迄今已有大量关于 UV-
B辐射对植物影响的研究报道。韩榕等采用增强紫外线
B(UV-B)辐射处理 ,对冬小麦细胞染色体畸变及分裂
的影响进行了研究。结果表明:1 008 kJ·m-2 ·d-1增
强的 UV-B能抑制小麦细胞的有丝分裂频率 ,产生落后
染色体 、染色体桥 、游离染色体 、核变形等畸变[ 7] 。已有
研究证明 ,植物中的次生代谢产物 ,如类黄酮 、花色苷以
及某些酚类物质强烈吸收 280 ～ 380 nm 波长范围的紫
外线[ 8] 。过滤一部分 UV-B辐射 ,能减轻 UV-B辐射对
核酸 、蛋白质以及脂类等大分子的破坏作用 ,有效防止
对内部组织的进一步伤害。芦荟原产于非洲 ,长期生长
在热带干旱地区 ,经过漫长的自然选择作用 ,具有耐受
高强度紫外线辐射的特性。叶片中含有蒽醌类物质等
次生代谢物质。李景原等研究证明 ,叶片中含有蒽醌类
物质能够吸收紫外线 ,并发出黄色荧光[ 9] 。这些次生代
谢产物是否具有减轻 UV-B照射对植物细胞伤害的效
应尚未见报导。该试验以大蒜和洋葱根尖为试验材料
并对其进行 UV-B照射 ,用常规压片法观察了根尖分生
区细胞的分裂状况 ,判断芦荟蒽醌类物质等次生代谢物
质是否能减轻 UV-B照射对植物细胞伤害。
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北方园艺 2008(12):62 ～ 64 ·研究简报 ·
1　材料和方法
1.1　材料
大蒜(Allium sativum L.),洋葱(Alliumcepa L.)。
1.2　方法
1.2.1　材料培养　用烧杯盛满清水 ,把洋葱和大蒜鳞茎
下部老根剪掉 ,然后驾于杯口 ,使下部浸入水中 ,放置于
暗处 3 d ,每日更换1次清水。当不定根达1.5 ～ 2 cm长
时即可作处理。大蒜分 4组培养在含有清水的培养皿
中 ,每天更换1次清水 ,放置于暗处2 d ,当不定根达 2～
3 cm时即可作相应的处理。大蒜和洋葱在上午11时左
右分裂最旺盛 ,此时作处理效果比较好。处理:分为 4
组进行试验:第 1组(CK):为对照组 ,在自然状况下生
长 ,不涂抹芦荟蒽醌类物质 ,不进行 UV-B照射;第 2组
(T1):不涂抹芦荟蒽醌类物质 ,UV-B照射 12 h;第 3组
(T2):先涂抹芦荟蒽醌类物质 ,然后进行 UV-B照射 12
h;第 4组(T 3):先进行 UV-B照射 12 h , ,然后再涂抹芦
荟蒽醌类物质。芦荟蒽醌类物质的提取:取河南师范大
学生物园库拉索芦荟(Aloevera L.)鲜叶伤流液 ,用单面
刀片取新鲜芦荟叶片 ,叶片流出的淡黄色物质经柱层析
分离得到芦荟蒽醌类物质。
1.2.2　根尖细胞染色体装片制作过程　用单面刀片切
下一组对照和 3组处理过的材料根尖 , FAA固定 24 h。
用等量浓盐酸与95%酒精混合液在室温下离析 15 min ,
蒸馏水洗涤 2～ 3次 ,改良品红进行染色 5 min。把根尖
的分生区切下置于载玻片上 ,加盖玻片压片。压片时先
用牙签轻轻敲打盖玻片 ,直至细胞分离开 ,染色体散开
为止 ,即制成临时装片。最后 ,在显微镜下观察根尖分
生区细胞的染色体以及细胞核的状态。
2　结果
洋葱和大蒜经过培养 ,其长势良好 ,处理后取根尖
分裂最旺盛的部位根尖分生区作临时装片 ,在显微镜下
可以看到 ,对照组细胞有丝分裂正常。第 2组(T1):不
涂抹芦荟蒽醌类物质 ,经 U V-B照射 12 h ,洋葱和大蒜
根尖细胞中有丝分裂出现异常 ,照射紫外线抑制了细胞
的正常有丝分裂 ,细胞出现了畸形核 ,有微核和三核现
象 ,染色体也有落后染色体 、游离染色体和染色体桥等
异常现象。第 3组(T2):先涂抹芦荟蒽醌类物质 ,然后
进行 UV-B照射12 h ,其根尖细胞中也出现了畸形核 、落
后染色体 、游离染色体和染色体桥等异常现象 ,但是先
涂抹芦荟蒽醌类物质后 ,照紫外线洋葱和大蒜根尖细胞
分裂的异常现象明显少于处理组(T 1)。第4组(T4):先
进行 UV-B照射 12 h ,然后再涂抹芦荟提取物。该组的
洋葱和大蒜的根尖细胞中也出现了畸形核 、落后染色
体、游离染色体和染色体桥等异常现象 ,与对照组没有
显著区别。
3　讨论
植物细胞中的蛋白质、核酸 、脂类以及色素等都是
UV-B辐射作用的靶位点[ 10] 。紫外线有引起生物突变
和致死的作用 ,这些因子能作用于 DNA ,造成其结构和
功能的破坏。UV-B辐射可以使 DNA 分子中的同一条
链两相邻的胸腺嘧啶碱基形成二聚体。这种二聚体是
由 2个胸腺嘧啶碱基以共价键联结成环丁烷的结构而
形成的。嘧啶二聚体的形成 ,影响了 DNA 的双螺旋结
构 ,使其复制和转录功能均受到阻碍[ 11] 。UV-B辐射还
可以引起 DNA蛋白的交连 、DNA链的断裂 、碱基对的
插入 、缺失等[ 12-14] 。UV-B辐射还能修饰或破坏氨基酸
侧链 ,引起蛋白质和酶的失活 ,微管蛋白由于含有大量
的芳香族氨基酸侧链 ,因此对紫外线比较敏感[ 15] 。总
之 ,增强UV-B辐射通过对细胞结构的破坏 ,导致细胞畸
形分裂或阻碍细胞分裂。
通过试验可以知道 ,洋葱和大蒜经紫外线照射过的
根尖细胞中都出现了染色体桥 、落后染色体 、游离染色
体和畸形核 、微核等细胞分裂异常现象。但先涂抹芦荟
蒽醌类物质后照紫外线的洋葱和大蒜根尖的细胞分裂
异常现象要明显低于只照紫外线和先照紫外线后抹芦
荟提取物的洋葱和大蒜。芦荟提取物有减少紫外线对
植物伤害的作用 ,王太霞等研究证明 ,芦荟的蒽醌类物
质贮存在叶脉的大型薄壁细胞内 ,在紫外光的激发下 ,
能够发出橙黄色荧光[ 16] 。芦荟蒽醌类物质之所以能发
出橙黄色荧光 ,是因为这些物质吸收紫外辐射能量后 ,
其电子由基态跃迁到激发态 ,当电子再由激发态回到基
态时 ,将其吸收的紫外线能量释放出来 ,发出橙黄色荧
光。这样芦荟提取物吸收了来自紫外线的能量从而使
得先抹芦荟提取物后照紫外线和只照紫外线的洋葱和
大蒜相比 ,前者受到的伤害显著减小 ,从而证明芦荟蒽
醌类物质可以预防或减少紫外线对植物的伤害。
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Influences of Aloe s Anthraquinones during Ultraviolet Radiation on the
Cells of Root Tip of Allium sativum and Alliumcepa
WANG Tai-xia, GUO Zhi-jun , SUN Hua , GAO Yu-xia ,ZHAO Rui-fei
(College of Life Sciences ,Henan No rmal University , Xinxiang ,Henan 453007 , China)
Abstract:Under spect rum of 308nm with UV-B radiation lamp , the influences of Aloe s anthraquinones on the cells of
root tip of Allium sativum and Allium cepa during ultraviolet radiation were studied.The Allium sativum and Allium
cepa were separated into four groups for experiments.The first group w as check group.The second group w as only
treated with UV-B radiation lamp which gave off the spectrum of 308 nm.Before being t reated with UV-B radiation the
third group was smeared with Aloes anthraquinones components.The last g roup w as treated with UV-B radiation and
smeared with Aloe s anthraquinones components later.The results showed that the root tip cells of the Allium sativum
and Allium cepa treated with UV-B radiation lamp appeared nuclear aberration and several types of chromosomal aberra-
tion such as lagging chromosomes , chromosomes bridge and chromosomes f ragments.But the abnormal phenomenon of
the group smeared with Aloe s anthraquinones components was obviously decreased.So it was testified that Aloe s
anthraquinones components could absorb and consume a part energy of ult raviolet radiation.The harm of ult raviolet
radiation to the plants could be reduced effectively af ter the plant s surfaces were speared by Aloe s anthraquinones com-
ponents.
Keywords:UV-B radiation;Aloe vera;Allium sativum ;Allium cepa;Cells of root tip
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