全 文 ：书第 !" 卷第 # 期
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生 态 学 报
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基金项目：国家自然科学基金资助项目（6$7"$689）；山西省自然科学基金资助项目（!$$78$9$）
收稿日期：!$$#:$;:$9；修订日期：!$$":$!:$8
作者简介：仪慧兰（8<#6 =），女，山西人，博士，教授，主要从事环境毒理学研究2 (:>?@1：A@B4@1?5C A?B002 D0>2 D5
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9:;水合物诱发蚕豆（!"#"$ %$&$）
根尖细胞染色体畸变效应
仪慧兰，姜W 林
（山西大学生命科学与技术学院，太原W $6$$$#）
摘要：以蚕豆为材料，研究 -)!水合物:亚硫酸钠与亚硫酸氢钠混合液（6X8，>>01·*
Y8 Z >>01·* Y8）对根尖细胞的遗传毒效应。
结果表明：-)!水合物处理可诱发蚕豆根尖细胞遗传不稳定，出现染色体数目和结构变异，使非整倍体和染色体结构异常明显
增加。中期染色体出现了缺失、断片、环（染色体和染色单体环）、易位、双着丝粒等异常；在细胞分裂后期出现了滞后染色体、
桥和断片等异常。研究结果表明，-)!是 U.%分子断裂剂、非整倍体诱变剂，能够破坏生物细胞的基因组稳定性，是一种具有遗
传毒性的环境诱变剂。
关键词：-)!水合物；蚕豆；染色体畸变
文章编号：8$$$:$<66（!$$"）$#:!689:$"W 中图分类号：[87!，[<7;，[<79W 文献标识码：%
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二氧化硫（CD=）是一种常见的全球性大气污染物，主要来源于含硫矿物的燃烧。我国是以煤炭为主要能
源的国家之一，燃煤过程中释放了大量的 CD=，是大气污染和酸雨增加的主要原因。
硫是维持生命活动的必要元素，植物可从土壤中摄取硫，也可通过叶片吸收大气中的 CD=。CD=进入细胞
后迅速与其中的水分子作用，转化为 CD= HI 和 JCD
H
I ，之后一部分 CD
= H
I 被氧化为 CD
= H
K ，CD
= H
K 和 CD
= H
I 用于胱氨
酸的合成［>］。
根据同位素I?C标记实验结果，大气中的 CD=被植物叶片吸收后，L子，仅有少量被还原为有机硫化合物，如胱氨酸、半胱氨酸、辅酶 N等。因此，CD=污染的毒作用是由于植物细
胞中积累了大量的 CD=水合物所致。细胞中半胱氨酸合成酶过量表达能提高植物对 CD=的耐受性
［=］，也说明
CD=的毒作用来自于细胞中过量的亚硫酸根。
研究发现，环境 CD=污染能够造成植物叶片失绿或坏死，影响光合作用和呼吸过程，从而影响植物的生长
发育。但是，CD=的毒害机制尚未搞清。前期的研究结果表明，高浓度 CD=及其水合物能抑制植物生长发育，
阻滞细胞进入分裂态，延缓细胞周期，并能诱发植物根尖细胞微核显著增加，出现核固缩细胞［I O P］。在此基础
上，本论文采用国际上公认的染色体畸变检测技术［Q O L］，根据 CD=在中性条件下以亚硫酸根和亚硫酸氢根分
子比 IR> 存在的实际情况［><，>>］，研究 CD=对蚕豆体细胞染色体的畸变效应，为揭示 CD=对植物毒性作用的分子
机理提供证据。
)* 材料与方法
)& )* 材料
蚕豆（!"#"$ &$’$ @&），以青皮豆作为实验材料。
)& +* 实验方法
)& +& )* 幼苗培养
参照 S-.-9-等的方法［>=］，蚕豆种子于 =IT蒸馏水中浸泡 =K !，湿纱布包裹催芽 =K !。选萌发的蚕豆放
入垫有湿脱脂棉的培养皿中培养。其间每 >= !用水冲洗 I 次，换水培养。根长 > O >& ? (5时切去主根尖，待
侧根长度 > O =(5时用于毒性试验。
)& +& + 药物处理
选根长整齐一致的蚕豆幼苗随机分组。蒸馏水作阴性对照。U-JCDI8U-= CDI（> R I，55)*·@
H> $
55)*·@ H>）处理浓度（以 CD= HI 浓度计）在 <& =< O >?& << 55)* $ @之间。=IT恒温培养，药物处理 >= !和 =K !，
>= ! 换一次新处理液。
)& +& ,* 染色体核型分析
药物处理 >= !和 =K !后，切取根尖，于 <& 乙醇中，KT保存。制备染色体标本时［>I，>K］，切取根尖分生区，在 =& ?M的纤维素酶和果胶酶混合酶液中
L>I=V P 期 V V V 仪慧兰V 等：CD=水合物诱发蚕豆（!"#"$ &$’$）根尖细胞染色体畸变效应 V
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（/01）解离 2 3 0 !，蒸馏水中低渗 45 3 05 6,.，捣碎根尖组织，加适量固定液制成细胞悬液，冷冻片滴片，火
焰干燥。待载片风干后，07的 8,’69-染液染色 :0 6,.，水冲洗，风干，显微镜下（;<=>?@A，:555 B）观察分
析。每个处理观察 :55 个以上分散良好的分裂中期相。
!& "& #$ 染色体行为观察
取药物处理 /2 !的根尖，卡诺氏液固定后转入 C57乙醇中 21保存。制片时，采用 D’E*+’.法染色［4］，常
规压片后镜检。每个处理观察 0 个根尖，每个根尖约 :555 个细胞。
!& %$ 实验数据的统计分析
计算各处理组染色体异常的平均值和方差。方差分析后，采用 ! 检验，检测不同处理组与阴性对照组之
间的差异显著性。
"$ 结果与讨论
"& !$ 染色体结构和数目异常
镜检发现，A;/水合物处理 :/!后，蚕豆根尖中期细胞出现了染色体结构和数目变异（表 :）。结构变异主要
是染色单体和染色体断片、裂隙，以及少量染色体缺失和易位；异常中期相多数具有一种畸变，即异常单独发生，
但两种异常亦可同时发生于一个细胞。数目变异为染色体数少于 :/条的非整倍体，主要是具有 ::条和 :5条染
色体的中期相，个别为F或 :4条染色体，其中具::条染色体的中期相最多。没有发现倍性异常的中期相。非整
倍体的出现，表明药物处理能干扰有丝分裂过程，使部分染色体不能正常向极运动，从而导致子细胞核染色体
数目异常。双着丝粒染色体的形成会导致染色体数目减少，但因其出现率远低于 :: 条染色体中期相的比例，
所以不是数目异常的主要原因。由于具 :: 条染色体的中期相明显多于具 :4 条染色体的中期相，所以非整倍
体主要是由于滞后染色体引起，而非不对等分裂引起。
A;/水合物处理 /2!后，畸变率高于 :/!处理组，根尖中具染色体结构异常的中期相明显高于对照组，其
中包括染色体型和染色单体型畸变（表 /）。除了常见的异常如染色体和染色单体断片、染色体纯合缺失与杂
合缺失、裂隙等，还可以看到由染色单体或染色体错接形成的染色体 $单体环、双着丝粒染色体和其它类型的
染色体易位（图 :）。
统计结果显示，药物处理组的中期染色体总畸变率在 427 3 2/7之间，与 >- 等［:0］在 A;/暴露后紫露草
花药细胞中检测的染色体畸变水平接近；在实验测试的浓度范围内，中期染色体异常率无明显的剂量依赖；高
浓度（/& 5 3 :0& 5 66)*·< G:）组无明显的染色体裂隙，但断片率有所增加。
自然条件下，HIJ分子损伤（*’9,).）时有发生，但是因为细胞中存在多种 HIJ 修复机制，能够及时修复
损伤，很少出现染色体畸变。环境化学物诱发的 HIJ损伤，如能得到及时修复便不会出现异常，若不能正常
修复，就可能形成染色体异常。化学物诱发的 HIJ 损伤超过细胞自身的修复能力，或干扰和破坏细胞内
HIJ修复功能都可能导致染色体畸变的发生。染色体断片是由 HIJ 分子断裂形成的，染色体复制前（8:
期）发生的 HIJ分子损伤如不能及时修复，经过半保留复制后会形成染色体断片，而 HIJ 分子复制后（8/
期）发生的损伤效应则可能形成染色单体断片。
/41蚕豆根尖分生区细胞完成一次有丝分裂的时间约为 :/!，其中分裂期为时较短（:& F!），在药物处理
/2!后染色体断片多于染色单体断片，说明药物对 HIJ的损伤主要在 8: 期，或 8: 期对药物的作用更敏感，
可能是药物处理干扰了 HIJ合成前的修复作用，导致损伤的修复错误或不能修复，从而出现一系列的染色体
结构异常，包括断裂和断裂末端的不正确连接（错接）。
染色体断裂末端不稳定，可与原来的断裂末端重新愈合，形成与断裂前相同的染色体；断片也可能与其它
的染色体断裂末端愈合，发生错接（易位），产生结构异常的染色体。环状染色体及不同形式的双着丝粒染色
体的出现是染色体或染色单体断裂末端错接的结果。高浓度组染色体断裂率较高，而错接率降低，可能与高
浓度处理抑制细胞内相关的 HIJ连接酶活性有关。在姊妹染色单体间形成环状结构可能是 HIJ 序列重复
（基因扩增）引起的，是遗传损伤的又一种表现形式。
5/4/ K 生K 态K 学K 报K K K /C 卷K
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接表 /，0
/0102 3 期 2 2 2 仪慧兰2 等：450水合物诱发蚕豆（!"#"$ %$&$）根尖细胞染色体畸变效应 2
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!& !" 染色体行为异常
经 /01水合物处理后，蚕豆根尖细胞分裂过程中出现染色体行为异常，如染色体滞后和桥（表 2）。此外，
还可看到染色体黏连，黏连的染色体在细胞分裂各期均能看到，主要表现为染色体互相黏连、集结，难以区分
相互界限。
表 #" $%!水合物处理 !& ’诱发蚕豆根尖细胞染色体行为异常
()*+, #" -*./01)+ 2’0/1/3/1, *,’)45/0 5. !"#"$ 0//63 ,78/3,9 6/ 3:+;:0 95/759, ’<90)6, ;/0 !&’
处 理
34’-"5’."
浓 度
6).(’."4-",). （55)* $ 7）
桥
84,9+’ （:）
滞后
7-++-49; （:）
总异常
<=.)45-* (!4)5);)5’（:）
阴性对照 >’+-",?’ ()."4)* @ @& AB @& CD @& BA
/01 水合物 /01 !E94-"’; @& 1@ @& 2A @& FA A& @1
@& B@ @& C@ @& GF! A& 2F!!
1& @@ @& 2H @& HC! A& 11!!
B& @@ @& CG @& G2! A& C1!!
染色体结构异常影响了细胞分裂中染色体的行为。染色体和染色单体断片，在分裂后期不能正常向细胞
的极点运动，滞留在细胞中央板附近；具有双着丝粒的染色体，在分裂后期可能受到来自两极的纺锤丝牵引，
形成桥式结构，并随着分裂的进行最终导致染色体断裂，也有可能形成运动滞后的染色体。
结合显微镜观察结果，分裂后期出现染色体运动滞后的原因包括：
（A）没有着丝粒的染色体或染色单体断片因没有纺锤丝的牵引，在细胞分裂后期无法正常向细胞的两极
运动，滞留在细胞的中央板附近；
（1）药物处理导致纺锤丝不健全或缺如，使部分染色体不能有效向极移动；
（2）由染色体错接形成的具有两个着丝粒的复杂结构，分裂后期难以正常分离，产生向极运动的滞后
现象。
而染色体桥的出现可能是：
（A）双着丝粒染色体的两个着丝粒分别受到来自细胞两极的纺锤丝牵引，在两组子染色体相互分离时出
现桥式结构；
（1）染色体末端相互黏连引起。
运动滞后的染色体或断片，在一定的时限内不能到达细胞的极点，末期核膜重建时不能包被到子核当中，
成为细胞中的微核；其中断片形成细胞中体积较小的微核，滞后染色体形成细胞中另一类体积较大的微核。
因为部分细胞中同时存在多种染色体异常，如多个断片与滞后染色体同时存在，它们在分裂末期可能因相距
较远不能包被到同一微核内，使细胞中出现多个微核，与前期微核的观察结果一致［B］（图 A）。
研究结果不仅提供了 /01破坏 I><分子稳定性的直接证据，还发现了它对 I>< 分子损伤的敏感期，及
其非整倍体诱变剂的特性。结合前期研究结果，/01能够抑制细胞分裂，使细胞转入固缩态从而降低细胞核
的转录活性与细胞代谢活性。/01对细胞的毒性作用是全方位的，涉及细胞形态结构、分裂过程、代谢活性，
以及遗传特征等多个方面，是一种系统性作用。
目前有关 /01对植物的毒害作用机理有两种观点
［2］，一种观点认为，毒害作用主要源于一定波长光线照
射时体内 /01代谢过程产生大量的活性氧，使叶绿体积累 J101，导致细胞氧化损伤。另一种观点认为，/01可
以使 I><核苷酸链中的 6氨基化，然后脱氧，形成尿苷酸，从而使 I><发生结构变异。因为本实验以蚕豆根
尖为材料，且固定以前的操作均在暗处进行，所以与叶绿体活性氧损伤途径不符。有关的碱基突变假说，不能
解释染色体数目变异，也难以解释本实验中高比例的染色体结构异常。在幼苗暗培养中，没有叶绿体的活性
氧积累，但根尖细胞内 /01 K2 氧化为 /0
1 K
C 的过程中会形成亚硫酸自由基、硫酸自由基和过氧硫酸自由基，其中
1121 L 生L 态L 学L 报L L L 1F 卷L
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硫酸自由基和过硫酸自由基反应性极强，而且 /01 23 可能参与脂质过氧化的启动反应
［45］，使细胞产生氧化损
伤。因此，本研究中的染色体畸变可能通过自由基反应和低 #6值引起。
图 47 /01水合物诱发的蚕豆根尖细胞染色体畸变
8,+& 47 9!:);)<);-* -=’::-",).< ,.>?(’> =@ ,)B,>’ !@>:-"’< ,. !"#"$ %$&$ :))" ",#<
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31317 5 期 7 7 7 仪慧兰7 等：/01水合物诱发蚕豆（!"#"$ %$&$）根尖细胞染色体畸变效应 7
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第 !" 卷第 # 期
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生 态 学 报
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基金项目：美国国家地理学会资助项目（&6#7$8）；国家自然科学基金资助项目（9$8"$$::）
收稿日期：!$$#7$#7$6；修订日期：!$$"7$!7$:
作者简介：于富强（:;"# <），男，山东人，博士生，主要从事外生菌根真菌分类、生理生态及栽培研究2 (7=>?1：@4A?>5BC4D B=>?12 E0=2
致谢：美国费尔德自然历史博物馆 F4G11GH博士润色英文摘要，特此致谢！
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云南松（!"#$% &$##’#(#%"%）林外生菌根真菌的时空分布
于富强:，!，肖月芹:，!，刘培贵:
（:2 中国科学院昆明植物研究所，昆明 #6$!$8；!2 中国科学院研究生院，北京 :$$$9;）
摘要：!$$$ 年至 !$$6 年，调查了滇中及其附近云南松林下外生菌根真菌的生态分布，共采集、鉴定标本 Z98 号，计有 !" 科 9; 属
!:: 种（含变种、变型）。结果表明，红菇属（!"##"$%）、牛肝菌属（&’$()"#）、乳菇属（*%+)%,-"#）、乳牛肝菌属（."-$$"#）、口蘑属
（/,-+0’$’1%）、鸡油菌属（2%3)0%,($$"#）和革菌属（/0($(40’,%）等为云南松林下的主要外生菌根菌类群。它们的发生与分布受到
气候（如：气温和降水）、植被（如：林龄、林地郁闭度和草本植被）、地形特征（如：海拔、坡向和坡度）、土壤条件（如：J[值、地表
腐殖质和枯枝落叶层等）和人为干扰（比如：商业化采集、林木采伐、火烧和地表物清理）诸多因素的影响。总结为如下：（:）6>
的调查结果显示，云南松外生菌根菌的分布表现出季节性变化的规律；其中以每年 :、!、9 月份的物种多样性为最低，雨季期间
急剧增加，至中夏和秋末达到顶峰，种类最为繁多。（!）在海拔 :6$$ < !:$$ =，云南松外生菌根菌种类随着海拔的升高而逐渐
增加，至顶峰后，又呈缓慢下降趋势。海拔因素不但对其物种多样性，而且对于类群的组成也具有重要的影响。特定的类群往
往发生在特定海拔范围。（9）随着云南松林龄的增加，外生菌根菌呈现由少至多的演替过程。外生菌根菌多样性随云南松林
生长而逐渐增加的演替方式，可能与宿主光合作用产物、根部分泌物和土壤条件的逐渐变化有关。（8）人类干扰是云南松外生
菌根菌物种多样性和类群组成的主要负影响因子。大规模的商业化采集可破坏或枯竭地下菌丝体，打破各物种之间的竞争平
衡，减少孢子释放影响资源再生能力，进而直接影响到子实体的产生。外生菌根菌物种多样性的减少趋势会随林木砍伐和火烧
强度的增加而加剧。地表枯枝落叶层与杂草密度也会影响子实体的产生，其中枯枝落叶层的厚度与云南松外生菌根菌子实体
的发生呈负相关性，而被紫茎泽兰覆盖的云南松林地内也很少会发现相应的子实体。
关键词：云南松；季节性变化；空间分布；真菌演替
文章编号：:$$$7$;99（!$$"）$#7!9!67$;\ 中图分类号：T:89，T;9Z，T;8Z\ 文献标识码：%
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