全 文 ：第 5卷 第 3期
1 9 8 6 年 9月
环 境 科 学 学 报
A C T A S C IE N T IA E C I R C UM S T A N T IA E
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S e p t e口 b e r 19 8 5
用石龙茜 (aR n u n e u `u s s e e `e r a tu s ) 根尖
细胞微核技术监测环境污染物的研究
郭 宝 江
(汕头大学生物学系 )
本实验表明 , 石龙药根尖细胞的微核细胞率与环境中致变污染物的质与量有 密 切关
系 . 水环境中污染物的浓度与微核细胞率呈线性相关 . 据此可确定监测污染状况 的细胞
学指标 .
遗传伤害是污染物对人类和其它生物危害中最值得重视 的问题 , 因此 , 利用生物监测
污染状况的方法已普遍 引起人们的注意 . 王德 铭曾报道帅 , 根据叶片组织受伤 害后 的特
征 , 可用某些敏感植物来监测大气污染 . 美国马德修教授在七十年代后 期 曾 用 紫 露 草
( T ar d
e s c a n t `a P a l u do s a )的花粉母细胞微核 ( M i e r o n u e l e u s , M C N )数量来测 定 环境污
染的技术 , 已被美国国家环境保护局定为监测环境污染的常规指标之一以幻 . 八十年代初
我 国山东海洋学院方宗熙教授等又用紫露草微核技术监测空气和海水的污染取得了初步
成果“ 叹
关于微核的发生和形成的途径以及微核细胞率与染色体畸变率的相关性我们已有报
道叻 . 用微核测定法代替染 色体畸变分析法具有简便 、 快速和灵敏性较高等特点〔`锄 . 目
前国内外多采用紫露草为材料 , 利用其花序中有大量花粉母细胞能同步地进行减 数 分裂
而利于观察 . 本文探讨了分布广泛的毛食科植物石龙苗的根尖体细胞对环境致变污染物
的微核效应 , 作为监测环境污染的细胞学指标 .
一 、 材 料 与 方 法
本实验所用材料采自广州郊区田 间 和 浅 水 沟 中 的 毛 蓖 科 石 龙 丙 (R an 溯 uC l uS
“ C e l e r a t u s )
, 为一年生草本植物 , 开黄花〔的 .
测试水样为广州郊区西洋菜田含重金属和硝酸盐的污水和广州化工厂含 C I O 一 和汞
的污水 .
实验步骤为 : ( 1 )以采 自西洋菜田的污水作为原液 , 分别用蒸馏水稀释 2 、 4 、 8倍 , 连同
原液共分 4 个不同污染物浓度的处理组 , ( 2 )以采 自化工厂的污水作为原液 , 同上过程处
理 . 以上实验均设蒸馏水为对照组 .
石龙苗本属湿生植物 , 需探 明其是否能在水插法培养中成活以及根尖细胞分裂周期 , .
DOI : 10. 13671 /j . hjkxxb. 1985. 03. 009
3期 郭宝江 :用石龙药 ( R“ uc n l us uc se le ra t。 )根尖细胞微核技术监测环境污染物的研究 3 3 2
以便确定污水处理时间和处理后所需时间 , 使能经过一次细胞分裂后形成微核 , 然后再进
行固定 、 染色和镜检 , 先进行了几次预备性试验 .
选取生长均一的植株 , 先在蒸馏水中水培 5 天 , 待长出新根后分别插入各级不 同浓度
污染物液中和对照组的水溶液中连续培养 24 、 4 8 、 7 2 、 9h6 , 随后再换入蒸馏水中培养 24 h ,
切取根尖放入 C ar n o y ` s固定液中固定 20 h , 然后移入 70 拓酒精中保存待用 . 用 I N 的 H CI
在 6D ℃ 恒温下酸解 15 m i n , 用改 良石炭酸品红染色 , 采 用 压 片 法 制 片进 行 显 微 观
察 .
每处理组分别水插培养 10 株 , 分别显微观察 10 条根尖 , 每条根尖观察约 1 0 0 0个细胞 .
各组均以观察根尖分生区的细胞总数中计算微核细胞率 (终 ) . 微核细胞率是以出现微核
的细胞为单位进行统计的 , 即 :
微核细胞率 (万 ) ~ 出现微核的细胞数观察总的细胞数 X 1 0 0多
本实验经两次重复 , 所得结果基本一致 .
二 、 结 果 与 分 析
1
. 对西洋菜 田污水的微核效应
实验结果表明 , 石龙药在西洋菜田污水的水培中 , 能在试验的时间内成活 , 而且 其根
尖分生区细胞的微核细胞率对污水的浓度表现出有规律的 效 应 (表 1 ) . 表 1 结 果 说昵
微核细胞率随污染物浓度的提高而增加 , 特别是在污水浓度稀释 4 倍以下 时 , 与对 照 组
微核细胞率的差异达到显著水准 . 用最小二乘法可得 二 者 关 系 的 直 线 回 归 方 程 为
T a b l e
裹 l 石龙丙根尖细胞对污水的微核效应
M i e r o n u e l e a r e f f e e t o f r o o t
一 t i P e e l l s
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污 水 稀 释 倍 数 数 } 微 核
细 胞 率 (拓 )
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0
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·
2 4士0· 62
1
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2
·
4 6士0· BS
y = a 十 b x , 式中y 为微核细胞率 , x 为污染物浓度 , 所得结果表明 , 污染物浓度与微核细胞
率之间呈显著相关 (表 2 ) . 说明西洋菜田的污水中含有 致 变 的 污 染 物 , 而 石 龙苗根
尖分生区的细胞对这些污染物又有一定的敏感性 , 以致出现 有 规律 的 微 核 细 胞 率 效
应 .
3 42 环 境 科 学 学 报 5卷
衰 2污染物浓度与微核细胞率相关性及回归分析
T al b e2 R egr s s ei o a n nal 了 5 15 a ndo r r e el a ti o no f MCN f r epu e n ey
a nd Po l l u ta n to e n e e n tr a ti o n
关 系 分 析 相 关 系 数 ( 1 ) 回 归 系 数 ( b) 回 归 方 程 尸 值
二 与 y 乐 98 00 y= 0 . 15 2+ 1 . 0 08劣 < 0· 0 0 1
2
.对化工厂污水的微核效应
与西洋菜田的污水一样 , 化工厂的污水也能诱发石龙茵根尖分生区产生微核细胞 , 微
核细胞率随污水浓度的增加而提高 , 相对西洋菜田而言 , 化工厂污水诱发的微核细胞率稍
高 . 用最小二乘法分析得方程歹= 0 . 1 9 8十 1 . 4 60 x , 相关系数为。 . 9 51 6 . 这表明化工厂污水
浓度与微核细胞率之间的相关也达到非常显
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污染物稀释倍数
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图 ! 污染物浓度与微核细胞率的关系
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t r a t i o n o f P o l l u t a n t a n d
f r e q u e n e y o f m i e r o n u e l e a t e d
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著的水平 (图 1 ) .
上述结果证 明 , 石龙苗根尖细胞的 微 核
细胞率对农 田和化工污水均显示出有规律的
效应 . 所以 , 把石龙苗根尖细胞的微 核 细胞
率作为生物学监测环境污染物的细胞学指标
是客观的 . 由于这些污水中含有致 变 物质 ,
必然会引起染色体畸变 . 但由于染色体分析
法操作步骤较繁琐 , 在实践应用中 受 到一定
的限制 , 而微核的产生既反映出细胞的损伤 ,
又与染色体畸变有高度的相关性 .c6 ” , 特别是
应用微核技术取材方便 ,不需要考虑 细 胞分
裂相 , 不会因抑制细胞分裂而造成观 察 分析
上的困难和误差 , 故把微核细胞率作为对环境水污染监测的指标是有实际意义的 .
比较表 1 和图 1 的结果 , 可见石龙苗根尖细胞对水环境中污染物的敏感性也不 同 , 即
化工厂的污水比西洋菜田的污水所诱发的微核细胞率要高一些 , 亦即其污染物 对 细胞损
伤的致变性要强一些 . 这表明微核细胞率不但能反映出致变污染物的量 , 还与 致 变污染
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圈 2 微核细胞率与处理时间的关系
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o f M C N a n d t r e a tm e n t t i m e
物的质有关 .
3
. 微核细胞率与处理时间的关系
污水处理根尖细胞的微核效应 , 不 仅 与
污水中所含致变污染物的质和量 有 关 , 而且
还与污水处理的时间有关 . 在同一污水同一
浓度中 , 根尖细胞分生区的微核细胞 率 会随
污水处理的时间不同而发生变化 . 本实验所
用西洋菜田污水 , 对 4 种不同的浓度分 别 水
培 24 、 4 8、 7 2和 9 6 h , 并分别观察统计其微核细
胞率 (图 2 ) . 从图 2 可见 , 4 种不同浓度处理
3 期 郭宝江: 用石龙丙 ( R a ” “ ” e “ l“ s ; e e l e r a t u s )根尖细胞微核技术监测环境污染物的研究 3念5
的微核细胞率在开始时均呈直线上升 , 但 到达一定峰值后又逐渐下降 . 各处理浓度均以
处理 48 h 的微核细胞率最高 . 用最小二乘法得微核细胞率与处理时间的关系的回归 方程
为 y 二 A x乍 , + D , 式中 y 为微核细胞率 , 二为处理时间 . 回归关系均达到显著水 准 (表 3 )
至于处理时间延长 , 各处理的微核细胞率有所下降 , 这与污染物对细胞分裂的延续与抑制
有关 .
裹 3 微核细胞率与处理时间的关系的回归分析
T a b l e 5 R e g r e s s i o n a n a l y s i s o f M C N f
r e q u e n e 了 a n d t r e a t m e n t t i m e
污染物稀释倍数 归 方 尸 值
原 液
y二 1· 6 8 3劣一 3 14 e到 , 00 1. , 1活 + 0 . 2 1
y 二 0名 1 3x l ·别 6 e问 ·口,肋`男+ 0. 2 9
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·
0 0 20 6x ,
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此外 , 根尖分生区细胞的微核细胞率还与处理的方法有关 . 若将各处理组的 石 龙苗
根尖在处理后立即固定 , 通过非配偶成对的 t 值测定法 , 把各个不同浓度处理组的微核细
胞率与对照组进行比较 , 则其差异不显著 . 但按上述方法即经污水处理后 , 先放回蒸馏水
培养 24 h , 让根尖分生区的细胞恢复一段时间 , 然后才进行固定 , 便能得到显著的差 异 和
有规律的实验结果 . 所以 , 经污染物处理后 ,不宜立即固定 .
三 、 讨 论
1
. 作为应用微核技术监测环境污染的植物材料 , 国内外多应用紫露草的花 粉 母细
胞 , 对其它植物材料尚少见有报道 . 近年方宗熙等卿 曾试用大米草 ( SP ar t a`n en 娜 c`Q ) 和
扁藻 ( lP a yt 。 。肋s) 等作为监测海水污染的材料 , 但结果尚不够理想 . 利用微核技术监测
环境污染 , 首要的条件是要选用对污染物比较敏感的材料 . 每一种材料的敏感性 除 与其
细胞结构特别是核的结构有关外 , 还与我们处理的时间和方法有关 . 就毛食科的石 龙丙
来说 , 只要处理的时间和方法适当 , 则其对污水所含污染物的质和量就有一定的 敏 感性 ,
用其作为生物监测环境污染的植物材料还是有一定价值的 . 其次 , 它作为一种监测植物 ,
还具有分布广泛 、 粗生易长的优点 . _ 这样 , 在实际应用上就更具有普遍意义 .所以 , 从我国
自然的生态环境和丰富的植物资源的实际出发 , 筛选有我国特点的监测植物并注意研 究
适宜的处理方法 , 应当引起重视 .
2 前人多采用花粉母细胞作为观察微核细胞的材料悯 ,.12 , 而对根尖的体细胞 能否
作为监测的材料多未予以注意 . 本实验结果表明 , 用石龙苗根尖的体细胞作为观 察 的材
料 , 通过观察统计其微核细胞率 , 可以测出环境污染物的浓度 . 当然 , 从显微观 察 中也发
现 , 根尖部分的细胞与细胞之间 , 微核出现的差异比较大 , 这主要是与根尖部分细 胞 本身
的结构特点有关 . 因为植物根尖分生区的细胞分裂多是不同步的 , 而处于不同细 胞 周期
3 2 6 环 境 科 学 学 报 5卷
的细胞 , 对致变污染物的敏感性是不同的 ,这自然会对监测的准确性有影响 . 但从本实验
的结果来看 , 每个处理组都有较大的群体 , 即每组起码有 1D 株以上 , 每株各取一条根尖 , 每
条根尖观察统计 1 0 0 0个以上的细胞 , 这样每组就有 1 0 0 0 0个以上的细胞 , 通过统计分析 , 研 ,
究其机误和相关性 , 可以得到较有规律的数据 . 用根尖体细胞的微核技术来监测 环 境污
染比只用花粉母细胞为材料要灵活和实用得多 . 因此 , 进一步研究改良微核技术 , 探索更
简便有效的生物监测的途径和方法 , 是很有意义的 .
参 考 文 献
〔 1 〕 王德铭 、环境科学 , 6 , 1 (19 7 9 ) ,
〔 2 〕 马德修等 , 山东海洋学院学报 , 1 2 ( 2 ) , 5 1 (1 9 5 2 ) .
〔 3 〕 M a , T · H . e t a l · , M o at 加 , R e s e a r e h , 5 8 . 2 5 1 ( 1 9了s ) ·
〔 4 〕 方宗熙 , 山东海洋学院学报 . 1 1 ( 1 ) , 1 ( 1 9 8飞) .
〔 6 〕 陈登勤等 , 环境科学 , 4 ( 4 ) , 4 6 ( 1 9 8 3 ) .
〔 6 〕 郭宝江等 , 植物学报 . 2 6 ( 2 ) , 1 3 4 ( 1 9 84 ) ·
( 7 〕 伊虎英 , 遗传 . 3 ( 3 ) , 3 0 ( 1 9 5 1 ) ·
〔 8 〕 S e五m i d , W . , M u 矛。才t’ o ” R e s e a r e h , 3 1 , 0 ( 1 9了5 ) .
( 9 〕 中国科学院华南植物研究所 , 广州植物志 , .P 9 5 , 1 9 5 6年 .
〔10〕 M a , T · H · , 对 u扣 t初。 R e s e a r c h , ` 4 , 3 0 7 ( 19了9 ) .
1 9 8 4年 s 月 1 1 日收到
A T E C H N IQU E F O R M O N IT O R I N G P O L L U T A N T S
B Y M E A N S O F M IC R O N U C L E A R C E L L S IN
R O O T 一 T IP C E L L S O F R A 刀U rj\ 不 ,乙从乙人5 ,
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A B S T R A C T
I n t h i s p a p e r a m i e r o n u e l e a r t e e h n i q u e o f t h e r o o t
一
t i p e e l l s o f
R a n u n e u l u s s e e l e ar t u s 15 d e s e r i b e d
.
T h e r e s u l t s o b t a i n e d f r o m t h e
e x P e r i m e n t s s h o w e d t il a t t h e m i e r o n u e l e a r e e l l f r e q u e n e了 w a s 5 0 s e n s i t i v e
t o t h e e o 且 e e n t r a t i o n o f p o l l u t a n t s i n w a t e r t h a t t h e r e e x i s t e d a l i n e a r
r e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e f r e q u e n e y o f m i e r o n u e l e a r e e l l i n t h e r o o t一 t i p
e e l l s o f R
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s e e l e ar t u s a n d e o n e e n t r a t i o n o f t h e p o l l u t a n t s i n t h e e n v i r o n
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T h e r e f o r e
, t h i s t e e h n iq u e e o u l d b e u s e d a s a e y t o l o g i e a l i n d e x f o r
m o n i t o r i n g w a t e r a n d o t h e r e n v i r o n m e n t a l p o l l u t a n t s
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P r e e a u t i o n s m u s t b e e x e r e i s e d i n h a dn l i
n g t h e m e t h o d i t s e l f a n d t h e
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