全 文 ：第 20卷　第 3期
2004年 9月
福建师范大学学报 (自然科学版 )
Journal of Fujian Normal Univ e rsity ( Na tural Science Edition)
Vo l. 20　 No. 3
Sept. 2004
文章编号: 1000-5277( 2004) 03-0116-05
福州内河污水对紫露草减数分裂的遗传损伤
吴若菁1 , 陈宜秋2 , 沈锡颜1 , 郑　松1
( 1. 福建师范大学生物工程学院 , 福建 福州　 350007; 2. 福州市台江区环境监督站 , 福建 福州　 350007)
　　摘要: 利用氨氮含量超标的污染河水处理紫露草花序 , 观察对减数分裂的遗传损伤 , 结果表明: 污水能
导致紫露草的染色体畸变 , 产生染色体断片、 滞后染色体、 多连体、 “ T” 型染色体、 后期Ⅰ 桥、 后期Ⅱ桥、
相连双微核 , 并出现染色体不均等分束分裂产生多束体 , 而且每束染色体的数目均不相等 .
关键词: 紫露草 ; 减数分裂: 污水: 遗传损伤
中图分类号: X522　　　文献标识码: A
　
Genetic Damage at Meiosis Stages of Tradescantia paludosa
Induced byMonitoring Pollution Rivers in Fuzhou City
WURuo-jing1 , CHEN Yi-qiu2 , SHEN Xi-yan1 , ZHENG Song1
( 1 . Bioengineering College , Fujian Normal University , Fuz hou 350007, China;
2. Environmental Monitoring Bureau Taijiang of Fuz hou City , Fuz hou 350001, China )
Abstract: Genetic damage a t meiosis o f Tradescantia paludosa were observ ed under the unusual
content o f N H3-N from monitoring po llution riv ers. The resul ts show ed that the types of
chromosoma l v ariations and unusual meiosis of the Tradescantia paludosa. These types of
chromosoma l aberrations w ere chromosomes f ragment , lagging chromosomes, many link up
chromosomes, “ T” chromosomes, bridge o f anaphase I, bridge of anaphase II, link up tw o
micronucleus . Furthermo re, moni toring pollution riv ers caused no t equal division. The number of
chromosomes in each o f bundle w as not completely equal.
Key words: Tradescant ia paludosa; meiosis: po llution w ater: g enetic damage
植物的花粉母细胞在减数分裂过程中 , 对外部环境特别敏感 . 一些理化因子的变异常会导致植物
细胞的分裂出现遗传损伤现象 , 进而产生微核 [1- 12 ] . 随着生活废水和工厂废水对河水污染的加剧 , 污
水中含氮有机物受微生物作用分解成氨氮 ( N H3— N) . 氨氮以游离 ( N H3 ) 或铵盐 ( N H4+ ) 形式存在
于水中 , 当氨氮含量异常增加时 , 会对植物造成毒害 , 使它们在形态特征、 生理代谢、 遗传特性等方
面发生改变 , 进而威胁到人类的身体健康 . 因此 , 揭示污水对植物细胞分裂的遗传损伤机理 , 显得尤
为重要 . 本文作者以紫露草为实验材料 , 利用不同氨氮含量的污水进行处理 , 研究污水对紫露草花粉
母细胞减数分裂不同阶段的遗传损伤及其影响机理 .
1　材料与方法
1. 1　实验材料
紫露草 ( Tradescant ia paludosa ) , 取自福建师范大学生物工程学院 .

作者简介: 吴若菁 ( 1955—　 ) , 女 , 福建古田人 , 副教授 , 研究方向: 细胞与遗传 .
收稿日期: 2004-04-04
1. 2　实验水样
本实验选取福州市 3条内河的河水: 白马河、 安泰河、 晋安河 . 每条内河选 3个采样点 . 白马河
的 3个采样点为: 工业路、 斗池、 西湖出口 ; 安泰河的 3个采样点为: 白马路、 吉庇路、 五一路 ; 晋
安河 3个采样点为: 省海联中心、 埔下、 王庄 . 采取水样方法: 将水桶于河中心处浸入河水一段时间 ,
再缓慢提出 , 轻轻灌入瓶中 . 对照采用自来水 .
1. 3　实验方法
1. 3. 1　水样的化学监测
检测采样点的水温、 pH值、 溶解氧、 氨氮含量、 高锰酸盐指数等 5个数据 , 检测分析方法参照
《水和废水分析监测方法》 [13 ]: p H值用 828型酸度计 , GB6920-86方法标准 ; 溶解氧用 YSI 5000溶解
氧测定仪 , 碘量法 , GB11913- 89方法标准 ; 氨氮用 7230G分光光度计 , 纳氏试剂光度法 , GB7479-
87方法标准 ; 高锰酸盐指数用酸性法 , GB7467- 87方法标准 .
1. 3. 2　材料培养
选取健康有花序的紫露草约 15 cm,每枝顶端有 2～ 3片叶子 ,端部切成楔形 ,插入不同水样中 ,室
温自然光下分别培养 . 培养时间分别为 12、 24、 48、 72、 96、 120、 144、 168 h, 每个处理插 10枝花
序 , 共分 8个时间段 .
1. 3. 3　制片镜检
制片时 , 选取适宜大小的花 , 剥出花药涂片、 染色、 镜检 , 染色液用改良石碳酸品红 . 镜检时 , 每
张片子选取 5个不重叠的观察视野 , 每个处理要求至少统计 2000个细胞 , 3个重复 .
1. 3. 4　数据分析
对镜检所得数据进行统计分析 , 检验不同处理之间的差异显著性 , 分析采用 SPSS软件 .
2　结果与分析
2. 1　水样的化学检测结果
图 1　不同处理的微核率曲线图
溶解在水中的分子态氧称为溶解氧 , 当水体受
有机、 无机还原性物质污染时 , 溶解氧会出现下降 .
溶解氧的饱和含量与水温、 大气压力等有密切关系 .
而水中的氨氮来源 (游离氨和铵盐 )则主要是污水中
的有机物被分解产物 , 当 pH值偏高时 , 游离氨比例
较高 ,反之铵盐比例较高 . 水中氨氮含量较高时 , 会
对生物造成毒害作用 , 导致遗传损伤 . 此外 , 在有氧
的环境中 ,水中的氨会转变为亚硝酸盐或硝酸盐 ,在
无氧的环境中 ,亚硝酸盐亦可被微生物还原为氨 ,测
定高锰酸盐指数则可作为水体受亚硝酸盐等还原性有机或无机物污染的综合指标 . 从表 1的结果可看
出 , 在 5项测定指标中 , 这 3条内河河水的 pH值、 温度、 高锰酸盐指数均符合 《地表水环境质量标
准》 GB3838-2002中关于 V类水的标准 (适用于农业、 用水区及景观要求域 ) , 溶解氧接近 V类标准 ,
但氨氮含量超标较多 . 3条内河的受污染的程度为: 安泰河> 白马河> 晋安河 , 各处理中的 5项指标差
异最大的是氨氮含量 , 其次是溶解氧 . 由此说明污染河水引起紫露草染色体损伤畸变的主要因子可能
是河水中的游离氨和铵盐 . 而生活污水与工厂污水带来的有机污染则是河水中氨氮含量异常升高的主
要原因 .
2. 2　不同处理的微核率
对微核检测的结果从图 1、 表 2中可以看出: 河水受污染程度越严重 , 微核率越高 , 3条内河的微
核率高低排序为: 安泰河> 白马河> 晋安河 ,对各处理组进行微核率的 t检验结果显示差异显著 (见表
3) . 生物检测分析的结果与化学监测结果一致 .
117　第 3期　　　　　　　　　吴若菁等: 福州内河污水对紫露草减数分裂的遗传损伤
此外 , 对同一条河的不同时间段的处理相比较 , 可发现泥鳅红细胞微核率的变化 , 在一定范围内
随着处理时间的增长 , 微核率上升 , 内河水污染的越严重 , 微核率上升的越快 , 表现出较为明显的时
间和污染效应 . 但到达最高值后 , 微核率开始逐渐下降 , 而后再进入第二次上升阶段 , 表现出波浪形
的周期起伏变化 . 48～ 144 h时间段是微核率较高的时期 ,这一时间段的微核率最能表现河水的受污染
程度 . 24～ 48 h时间段由于处理的时间还不够 , 形成的微核率较低 . 144～ 168 h时间段微核率出现下
降趋势 , 其原因可能是微核率的高低 , 不仅取决于诱变污染物的强弱 , 还取决于细胞的分裂速度和周
期变化 . 随着处理时间的延长 , 细胞受毒害作用增强 , 具有微核的细胞由于核遗传物质受损缺失 , 导
致细胞分裂延迟或停止 , 有的甚至死亡 . 所以 , 反而出现微核率降低的现象 . 另外 , 河水受污染程度
不同 , 处理后泥鳅红细胞微核率达到最高峰值的时间也不同 .
2. 3　紫露草花粉母细胞的遗传损伤效应
在观察中除了发现用污水处理紫露草的花序会产生较高微核率外 , 还观察到各种染色体结构变异
类型和减数分裂异常化的现象 (见图 2～ 10) , 表现出的遗传损伤效应为: ①在前期Ⅰ 出现多连体、
“ T” 型染色体 (图 2) ; ②在后期Ⅰ 产生滞后染色体 (图 3) ; ③第一次减数分裂或第二次减数分裂的染
色体分离异常 , 产生多束体 , 而且每束间染色体数目不等 , 束之间未见有细胞板或细胞壁的形成 (图
4, 图 9) ; ④染色体产生臂内倒位 , 出现后期Ⅰ 桥 (图 5) ; ⑤染色体缺失后 , 姐妹染色单体相连 , 形
成双着丝粒染色体 , 出现后期Ⅱ桥 (图 6) ; ⑥双着丝粒染色体被排斥到主染色体群外 , 形成相连的双
微核 (图 7) ; ⑦产生单微核和多微核现象 (图 8, 图 10) .
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在上述这些表现特征中 , 尤其是多连体染色体、 “ T” 型染色体和染色体不均等分束分离 , 产生多
束体的现象 , 后期Ⅱ桥现象以及相连双微核是以往文献未曾报道过的 .
表 1　福州市 3条内河的化学监测结果
采样地点 p H t /℃ 高锰酸盐指数 / ( mg· L- 1 ) 溶解氧 / ( mg· L- 1 ) 氨氮含量 / ( mg· L- 1 )
白马河 6. 40 27. 1 3. 281 1. 736 5. 588
安泰河 6. 54 27. 1 2. 859 1. 088 6. 944
晋安河 6. 27 27. 4 3. 731 1. 880 4. 905
自来水 6. 60 27. 0 0. 583 11. 916 0. 509
　　　　注: 《地表水环境质量标准》 V类: pH6～ 9, 溶解氧≥ 2 mg· L- 1 , 高锰酸盐指数≤ 15 mg· L- 1 , 氨氮含量≤ 2. 0 mg· L- 1
表 2　紫露草在不同处理下的微核率比较
处理时间 白马河 安泰河 晋安河 对照组
/h 观察数 微核率 /% 观察数 微核率 /% 观察数 微核率 /% 观察数 微核率 /%
12 6374 1. 04+ 0. 13 6289 1. 12+ 0. 17 6544 0. 65+ 0. 10 6201 0. 37+ 0. 04
24 6300 1. 41+ 0. 24 6847 1. 84+ 0. 21 6933 1. 76+ 0. 11 6420 0. 41+ 0. 03
48 6591 2. 07+ 0. 11 6613 3. 35+ 0. 16 6455 1. 66+ 0. 23 6208 0. 44+ 0. 01
72 6034 2. 67+ 0. 25 7002 3. 24+ 0. 19 6330 3. 22+ 0. 24 6102 0. 47+ 0. 01
96 6361 3. 74+ 0. 30 6325 5. 12+ 0. 22 6246 2. 43+ 0. 18 6514 0. 67+ 0. 02
120 6428 3. 53+ 0. 09 6781 3. 68+ 0. 26 6225 3. 12+ 0. 17 6730 0. 94+ 0. 12
144 6576 1. 82+ 0. 14 6186 5. 00+ 0. 14 6377 1. 96+ 0. 13 6623 0. 23+ 0. 05
168 6211 1. 54+ 0. 26 6083 2. 43+ 0. 27 6872 1. 78+ 0. 19 6242 0. 23+ 0. 08
表 3　微核率 t检验
实验组 白马河 安 泰 河 晋安河
t检验 0. 00067* 0. 00037* 0. 00039*
　　　　　　　　注: * 表示差异显著 ( P < 0. 05)
3　讨论
3. 1　产生减数分裂异常化的机理
在本研究中发现 , 减数分裂中由于染色体的遗传损伤 , 导致不含着丝粒的染色体片段或滞后的染
色体被排除到核外形成微核 , 这是微核形成的主要途径 , 与前人的报道相同 [ 14— 15] . 此外 , 还发现微核
形成的另一途径是由受损的姐妹染色单体或非姐妹染色单体相连形成的双着丝粒染色体被排斥到主染
色体群之外 , 而后形成相连的双微核 .
从研究中发现的各种现象表明 , 氨氮含量异常的污水对细胞产生的遗传损伤效应的作用机理之一
可能是河水中的游离氨和铵盐 , 对细胞 DNA具氧化脱氨 , 脱嘌呤及氧化碱基的作用 , 从而使 DNA链
发生断裂、 突变、 氧化损伤等 , 结果发生倒位、 易位、 缺失、 重复等染色体结构变异 , 并出现如后期
桥、 多连体、 “ T” 型染色体、 染色体片段等现象 , 这种结果产生的微核多数由无着丝粒染色体片段和
缺失—重复染色体形成 . 由于断裂引起的染色体缺失会形成基因缺失或突变 , 并有可能改变相邻基因
的表达方式 , 进而影响整个细胞的代谢和生理状况 . 其作用机理之二可能是通过影响纺锤体的结构和
功能 ,使染色体在细胞分裂过程中行为异常 .纺锤丝是由微管蛋白组装而成的 ,当氨氮类污染物对 DNA
的诱变和损伤影响到微管蛋白合成和微管组装时 , 便能使染色体与纺锤体连接发生障碍 , 或使纺锤体
结构、 功能受损 . 结果则出现染色体分离异常 , 出现滞后染色体 , 此时 , 产生的微核多由具着丝粒染
色体形成 .
3. 2　染色体的不均等分离现象
从本试验中还发现 , 污水处理紫露草除了会产生上述两种作用外 , 还会导致减数分裂过程中 , 染
色体的不均等分离 , 产生 3束、 4束染色体 . 这些染色体有的呈出 3极分布 (见图 4) 有的则为两极分
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布 (见图 9) , 每束的染色体数量均不等 , 而且束之间不形成细胞壁 . 这种现象的发生 , 可能是纺锤体
结构、 功能的受损或破坏 , 导致染色体在细胞分裂中期不能正常排列 , 后期不能正常向极运动 , 以致
细胞出现不均等分束分离 .
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(责任编辑: 余　望 )
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