全 文 ：利用蚕豆根尖细胞微核技术检测 Cu、As 污染的诱变性 3
张　莉　刘登义 3 3 　王友保　(安徽师范大学生命科学学院 ,芜湖 241000)
【摘要】　应用蚕豆根尖细胞微核技术检测 Cu、As 及其复合污染的诱变性能 , 计数了蚕豆根尖细胞微核千分率
(MCN ‰)和污染指数 ( PI)并进行了 F 检验. 结果表明 ,在一定浓度范围内 (Cu < 200mg·L - 1 ,As < 15mg·L - 1) ,
随着 Cu、As 浓度的增加 ,MCN ‰上升 ;24 个试验处理组 PI 均在 2 以上 ,各处理组 MCN ‰有显著差异 ,和对照组
有极显著差异 (α< 0. 01) ,表明 Cu、As 及其复合处理对蚕豆根尖细胞的分裂活动有明显影响.
关键词 　蚕豆 　Cu 　As 　微核检测 　诱变性
文章编号 　1001 - 9332 (2001) 05 - 0777 - 03 　中图分类号 　X171. 5 　文献标识码 　A
Utilization of micronucleus test in Vicia f aba root tips cell to detect the mutability of Cu and As pollution. ZHAN G
Li , L IU Dengyi and WAN G Youbao ( College of L if e Science , A nhui Norm al U niversity , W uhu 241000) . 2Chin.
J . A ppl . Ecol . ,2001 ,12 (5) :777～779.
The micronucleus test in V icia f aba root tips cell was utilized to detect Cu ,As and their combined pollution. The
MCN ‰and PI were determined and the F2test was used to evaluate the statistical difference in MCN ‰among differ2
ente treatments. The results showed that within a certain concentration of Cu2 + ( < 200mg·L - 1) and As3 + ( < 15 mg·
L - 1) , MCN ‰increased as the concentrations increased. The PI of all the 24 treatment was over 2 , and there existed
obvious difference compared with the control (α< 0. 01) . This study shows that Cu , As and combined pollution had
significant effects on cytogenetical toxicity of V icia f aba root tip cell. MCN ‰is lower than normal level in the com2
plex treatment of Cu and As because of antagonism actions.
Key words 　V icia f aba , Cu , As , Micronucleus test , Mutability.
　　3 教育部留学回国人员基金和安徽师范大学青年基金资助项目
(2000QL37) .
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 12 - 08 收稿 ,2001 - 04 - 02 接受.
1 　引 　　言
微核试验 (micronucleus test ,MCN) 是根据环境污
染物能引起 DNA 损伤 ,诱发染色体畸变而形成微核
的原理来检测诱变物质对染色体损伤的一种简便易行
的方法[1 ,5 ,10 ,12 ] . 其中蚕豆根尖细胞微核技术 ( Vicia2
micronucleus test ,缩写为 Vicia2MCN)已成为我国环境
生物检测的常规化方法之一. 利用 Vicia2MCN 监测环
境污染和检测危险化学品也已得到广泛的运
用[2～4 ,11 ,13～15 ] ,但作为一项世界性的环境生物学检测
指标 ,仍有一些问题有待解决[8 ] . 本文研究了 Cu、As
及其复合污染对蚕豆根尖细胞有丝分裂指数 ( IM) 和
微核率 (MCNF) 的影响 ,以期为 Vicia2MCN 技术走向
标准化、规范化提供一些基础理论资料.
2 　材料与方法
211 　实验材料
蚕豆 ( V icia f aba) (大片青皮豆) ,由芜湖市种子公司购得.
212 　实验设计与方法
蚕豆种子用 0. 5 %NaClO 消毒 30min ,自来水冲洗干净后 ,
水培 48h ,吸胀后 ,于 23 ℃培养箱中催芽 24～48h. 待根长长至
1～1. 5cm 时 ,用 Cu、As 及其复合物浸泡 (实验按正交设计 ,如
表 1 所示)处理 10h 后自来水冲洗 ,修复 24h ,剪取蚕豆根尖 ,用
卡诺氏液固定 24h 后 ,转移至 70 %酒精中保存. 用时将保存的
根尖取出 ,用蒸馏水漂洗后放入 0. 1mol·L - 1 HCl ,60 ℃水浴中
解离 25min ,取出根尖 ,水洗数次 ,改良碱性品红染色 5min ,压
片观察 ,计数微核千分率 (MCN ‰) 及污染指数 ( PI) ,并进行统
计学处理[7 ,9 ] ,每个处理镜检 3 个根尖 (蚕豆根尖细胞微核的识
别标准同陈光荣等) [2 ,3 ] ;同时 ,参照朱广廉等[16 ]的方法 ,计数
细胞有丝分裂指数和相对有丝分裂指数 (Relative mitosis index ,
以下简写为 RIM %) . 另设自来水对照 ,实验设 3 个重复.
PI = 处理组微核千分率平均值对照组微核千分率平均值
RIM % = 处理组细胞有丝分裂指数对照组细胞有丝分裂指数 ×100 %
表 1 　Cu、As 及其复合处理的实验设计
Table 1 Experimental design of Cu and As treatments
Cu
(mg·L - 1)
As(mg·L - 1)
0 1 5 15 30
0 0 0 + 1 0 + 5 0 + 15 0 + 30
50 50 + 0 50 + 1 50 + 5 50 + 15 50 + 30
100 100 + 0 100 + 1 100 + 5 100 + 15 100 + 30
200 200 + 0 200 + 1 200 + 5 200 + 15 200 + 30
400 400 + 0 400 + 1 400 + 5 400 + 15 400 + 30
3 　结果与讨论
311 　Cu、As 处理对 MCN ‰和 RIM %的影响
蚕豆根尖各个处理的微核千分率 (MCN ‰) 和 PI
应 用 生 态 学 报 　2001 年 10 月 　第 12 卷 　第 5 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Oct . 2001 ,12 (5)∶777～779
值见表 2. 通过对 24 份处理组及 1 份对照组的微核千
分率进行 F 检验 (表 3) ,表明各处理有着显著性差异 ,
和对照组相比有极显著的差异 ( F = 5. 47 > F0. 01 =
2118 ,α< 0. 01) . 此外 ,在出现微核的细胞中 ,微核数量
多少不同 ,从 1 个、2 个到多个不等. 自来水对照中常
为单微核 ,各处理组单细胞微核数多在 1 个以上 ,说明
各处理组诱变性能强 ,毒性大.
表 2 　Cu、As 及其复合污染对蚕豆根尖细胞 MCN‰和相对有丝分裂指
数的影响
Table 2 Effects of Cu, As and their combination pollution on MCN‰and
RIM % of root tips cell in Vicia f aba
Cu + As(mg·L - 1) X±SE X - CK PI RIM %
400 + 30 3. 03 ±0. 01 1. 70 2. 28 72. 01
400 + 15 11. 97 ±0. 05 10. 64 9. 00 79. 23
400 + 5 20. 52 ±4. 69 19. 19 15. 43 88. 70
400 + 1 18. 42 ±1. 18 17. 09 13. 85 82. 67
400 + 0 2. 75 ±0. 16 1. 42 2. 07 68. 20
200 + 30 19. 93 ±0. 98 18. 60 14. 99 85. 43
200 + 15 21. 68 ±5. 62 20. 35 16. 30 93. 77
200 + 5 22. 33 ±2. 04 21. 00 16. 79 91. 26
200 + 1 37. 60 ±3. 72 36. 27 28. 27 93. 78
200 + 0 40. 52 ±2. 03 39. 19 30. 47 87. 16
100 + 30 15. 07 ±0. 73 13. 74 11. 33 84. 16
100 + 15 21. 12 ±3. 25 19. 79 15. 88 91. 25
100 + 5 22. 88 ±2. 57 21. 55 17. 20 94. 60
100 + 1 34. 91 ±0. 31 33. 58 26. 26 98. 01
100 + 0 34. 99 ±2. 45 33. 66 26. 31 90. 17
50 + 30 7. 76 ±0. 20 6. 43 5. 83 76. 54
50 + 15 13. 20 ±1. 00 11. 87 9. 93 84. 82
50 + 5 23. 37 ±4. 92 22. 64 17. 57 97. 21
50 + 1 25. 47 ±1. 41 24. 14 19. 15 97. 83
50 + 0 29. 89 ±3. 76 28. 50 22. 47 106. 28
0 + 30 18. 18 ±1. 04 15. 31 13. 69 79. 27
0 + 15 20. 09 ±1. 14 18. 76 15. 10 83. 22
0 + 5 9. 54 ±0. 35 6. 21 7. 18 94. 12
0 + 1 3. 67 ±0. 01 2. 34 2. 76 103. 31
CK 1. 33 ±0. 20 - - 100
　　单一 Cu 处理下 ,随着 Cu 浓度的增加 ,MCN ‰上
升 ,表明 Cu 对蚕豆根尖细胞毒害作用增强 ;当 Cu 浓
度达到 400mg·L - 1时 ,MCN ‰下降很多 ,同时发现蚕
豆根尖细胞有丝分裂受到严重阻碍 ,处于有丝分裂过
程的细胞数明显低于对照组 ,RIM %仅达 68. 20 % ;随
着 As 的加入 ,Cu 的生长抑制效应得到缓解 ,蚕豆根尖
细胞分裂数增加 ,MCN ‰则上升 ;As 浓度进一步提高
时 ,As 表现出拮抗 Cu 对蚕豆根尖细胞毒害的作用 ,
MCN ‰又下降. Cu 浓度低于 200mg·L - 1时 ,Cu 对蚕
豆根尖细胞毒害明显 ,MCN ‰较高 ;而 As 的加入又使
MCN ‰下降. 单一 As 处理下 ,As 浓度低 (1mg·L - 1 )
时 ,MCN ‰较低 ,而 RIM %却高于对照 ,说明低浓度
As 对蚕豆根尖细胞的毒害作用较小 ,甚至有刺激、促
进生长的作用 ;随着 As 浓度增加 ,MCN ‰显著上升 ,
As 的毒害作用增强 ,当 As 浓度超过 15mg·L - 1后 ,蚕
豆根尖细胞的分裂数显著降低 ,同时 MCN ‰下降.
　　综上所述 ,Cu、As 对 MCN ‰的影响不呈简单的正
表 3 　蚕豆根尖微核检测的 F检验
Table 3 F2test in micronucleus test in Vicia f aba root tips cell
变异 Variation DF SS MS F F0. 05 F0. 01
处理 Handle 24 4688. 38 195. 35 5. 47 1. 74 2. 18
误差 Error 50 1786. 27 35. 73
总变异 Total variation 74 6474. 65
相关 ,当 Cu 的浓度低于 100～200mg·L - 1 ,As 浓度低
于 15～30mg·L - 1时 , MCN ‰与 Cu、As 的浓度呈正相
关 ,当超过这个范围后 ,会抑制蚕豆根尖细胞分裂 ,造
成 MCN ‰增长减弱 ,直至呈负相关. 较低浓度 Cu ( <
200mg·L - 1) 、As( < 30mg·L - 1)复合处理时 ,由于相互
拮抗 ,减弱了彼此的毒性 ,MCN ‰较其单独作用时为
低. 较高浓度 Cu ( > 200mg·L - 1) 、As( ≥30mg·L - 1) 复
合处理时 ,相互的拮抗作用 ,减弱了其单独作用对细胞
有丝分裂的抑制作用 ,MCN ‰较单独处理时为高.
312 　关于 Vicia2MCN 技术的分析
Vicia2MCN 技术因材料易得 ,操作简单 ,反应灵敏
等优点 ,目前研究和运用较多 ,同时由于它克服了动物
培养细胞需要一定条件和时间 ,细胞同步化困难 ,微核
率低及细菌检测方法中菌种鉴定、操作严格等缺点而
成为拟代替其它生物检测系统的一种常规的环境污染
物和危险化学品的检测指标 ,其广泛性很大.
然而 ,化学诱变物质的遗传毒害是在细胞分裂间
期时的 DNA 和染色体的复制合成过程中产生的[1 ,6 ] ,
这种损害在细胞学上的可见标志是在分裂中通过微核
形式显示的. 没有细胞的分裂活动 ,毒性物质就没有作
用遗传物质的机会 ,就难以表现这种物质的遗传毒性 ;
也就是说 ,没有细胞的分裂活动 ,即使毒性很强的物
质 ,也无法通过微核等细胞遗传学的手段检测[6 ] . 实
验结果证明了这一点 ,在大剂量的重金属作用下 ,理论
上它应有较高的诱变性能 ,但对各实验处理组和对照
的多重比较 (表 4) 则表明 ,较高浓度的 Cu (400mg·
L - 1)或 As (30mg·L - 1 ) 处理组严重阻碍根尖细胞分
裂 ,RIM %仅68. 20 %～79. 27 % ,其MCN ‰和对照组
表 4 　蚕豆根尖微核检测的 q检验
Table 4 q2test in micronucleus test in Vicia f aba root tips cell
Cu + As
(mg·L - 1)
MCN
‰
显著水平
Significant level
0105 0101 Cu + As(mg·L - 1) MCN‰ 显著水平Significant level0105 0101
200 + 0 40. 52 a A 200 + 30 19. 93 bc B
200 + 1 37. 60 ab AB 400 + 1 18. 42 bc B
100 + 0 34. 99 ab AB 0 + 30 18. 18 bc B
100 + 1 34. 91 ab AB 100 + 30 15. 07 bc B
50 + 0 29. 89 ab AB 50 + 15 13. 20 bc B
50 + 1 25. 47 b AB 400 + 15 11. 97 bc B
50 + 5 23. 37 bc AB 0 + 5 9. 54 bc B
100 + 5 22. 88 bc AB 50 + 30 7. 76 c B
200 + 5 22. 33 bc AB 0 + 1 3. 67 c B
200 + 15 21. 68 bc B 400 + 30 3. 03 c B
100 + 15 21. 12 bc B 400 + 0 2. 75 c B
400 + 5 20. 52 bc B Ck 1. 33 c B
0 + 15 20. 09 bc B
877 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷
差异不显著 ;而能保证细胞具有一定程度分裂水平的
处理 (如 50～200mg·L - 1的 Cu 处理) 和对照组则差异
显著或极显著. 所以在利用蚕豆根尖细胞微核试验进
行监测时 ,首先必须保证测试材料具有一定的细胞分
裂水平 ,也即被检测对象不会严重阻碍细胞分裂 ,否则
过低的细胞分裂水平会导致过低的微核千分率 ,而不
能反映出被检测对象的实际诱变能力. 可以认为 ,在
RIM %低于或接近 80 %时 ,应考虑该方法的可靠性.
其次 ,检测时要保证 MCN ‰在合理的剂量效应区内 ,
过低或过高的检测剂量有时会产生相反的结果 ,如单
用 1mg·L - 1 As 处理 , RIM %达 103. 31 % , MCN ‰较
低 ,和对照差异不显著 ,容易得出 As 无明显遗传毒性
的错误结论 ,至于被检测对象的剂量效应区需按检测
对象的不同进行具体研究.
4 　结 　　论
411 　Cu、As 单独处理条件下 ,随着浓度的增加 ,遗传
毒性逐渐增强 ,甚至会抑制植物细胞的有丝分裂活动.
Cu 和 As 复合处理具有相互拮抗作用 ,表现为促进植
物生长和分裂活动 ,较低浓度 Cu ( ≤200mg·L - 1 ) 和
As 共存使 MCN ‰降低 ,而较高浓度 Cu ( > 200mg·
L - 1) 、As 复合则表现为 MCN ‰上升.
412 　在利用蚕豆根尖细胞微核试验进行监测时 ,应该
满足两个基本条件 :首先 ,必须保证测试材料具有一定
的细胞分裂水平 ,这是正确检测的首要条件 ;其次应确
保被检测对象在合理的剂量效应区范围内.
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作者简介 　张 　莉 ,女 ,1972 年生 ,硕士研究生 ,现主要从事植
物生态学和植物保护生物学研究. 已发表论文 2 篇. E2mail :
wybzl @263. net
9775 期 　　　　　　　　　　　　张 　莉等 :利用蚕豆根尖细胞微核技术检测 Cu、As 污染的诱变性