全 文 ：第 20 卷　第 2 期　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2000 年　4 月
Vol.20　No.2　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH April , 　2000
NaCl诱导大麦细胞微核及异常有丝分裂的研究
仪慧兰　韩淑菊
(山西大学生命科学系 , 太原　030006)
摘　要　大麦幼苗生长在含 NaCl的介质中【c(NaCl)=0 ,0.05 ,0.10 ,0.15 ,0.20 , 0.
25mol/L】,其根尖细胞有丝分裂指数下降 ,各 NaCl处理组的微核率均有不同程度
地增加 ,并诱发产生了如染色体断片 、后期染色体桥及“不均等分裂”等异常分裂。
诱发微核及异常分裂细胞的比率与 NaCl浓度和作用时间呈正相关 ,浓度提高或作
用时间延长则微核千分率与异常分裂细胞的比率增高 。
关键词　大麦;NaCl;有丝分裂指数;微核;异常分裂
STUDIES ON MICRONUCLEI AND
ABNORMOL DIVISION OF HORDEUM VULGARE
BREEDED IN NACL SOLUTION
YI Hui-lan　HAN Shu-ju
(Depar tment of Life Science , Shanxi University , Taiyuan　030006)
Abstract　Incubated in NaCl solution w ith dif ferent concentration[ c(NaCl)=0 , 0.
05 , 0.10 , 0.15 , 0.20 , 0.25mol/L] , Hordeum vulgare seedlings mitosis decreased
but micronuclei f requency increased , what is more , Abno rmal division including chro-
mosome fragmentation , anaphase bridges and unequal split was found in the root tip
cells.The ef fect of NaCl depended on the concentration and duration t ime of NaCl
breeding.The higher the concentration is , the stronger the effect is.The longer the
t reated time is , the more the ef fect is.
Key words　Hordeum vulgare;NaCl;Mito tic index;Micronuclei;Abnormal mitosis
自然界各种生命活动都需要 Na+的参与 ,NaCl是人类及动植物生存必需的离子化合
物。但是多数植物在盐渍条件下不能正常生长发育[ 1 ～ 3] ,近年来更由于全球淡水资源紧
缺 、土壤盐渍化加剧 ,使抗盐育种成为各国关注的一个热点 。虽然国内外应用组织和细胞培
养技术筛选培育出一些植物的耐盐变异体 ,有关培养过程诱导变异的遗传基础也取得一定
山西省青年科学基金资助(项目编号 981038)收稿日期:98-7-29
进展 ,但大量工作集中于耐盐的生理生化基础研究 ,缺乏对其遗传基础的研究[ 4 ,5] 。我们已
经报道 NaCl能够诱导大麦细胞 DNA 分子损伤[ 3] ,本文将 NaCl诱导细胞微核及异常细胞
分裂的结果报告如下 ,以期为植物抗盐的遗传机制提供依据 。
1　材料与方法
1.1　材　料
大麦(Hordeum vulgare)“晋科 571”由山西省农科院提供 。
1.2　大麦幼苗培养
选粒大饱满的籽粒 ,于 25℃浸种 3h ,水冲洗后滤纸法发芽 ,并于 25℃恒温箱中进行黑
暗培养 。对照用蒸馏水 ,NaCl处理浓度分别为 0.05 , 0.10 , 0.15 , 0.20 , 0.25mol/L 。12h
换 1次新培养液 。幼苗高约 1cm 时打开皿盖 ,室温下(20 ～ 25℃)继续培养 。
1.3　根尖分生组织细胞制片及镜检
在 25℃恒温培养 24 h和 48h时 ,迅速剪取大麦主胚根(l=0.2cm),0.2%秋水仙素浸没
3h ,甲醇:冰乙酸(3:1)固定后转入 70%乙醇中低温保存 。
制片时 ,用蒸馏水冲洗根尖 ,于 1N HCl 60℃水浴中酸解 8 ～ 10 min ,卡宝品红染色 ,常
规压片后镜检。每处理观察 10条根尖约 4000个细胞 ,记录根尖分生组织细胞有丝分裂指
数 、微核及异常细胞分裂结果 。
1.4　统计处理
对镜检所得数据进行方差分析 ,运用 Duncan检验法进行多重比较[ 6] 。根据所用 NaCl
浓度的不同 ,将各处理组的有丝分裂指数 、微核率作差异显著性比较 。
2　结果与分析
2.1　NaCl对大麦幼苗生长及有丝分裂指数的影响
根据我国农田灌溉用水水质标准 ,含盐量低于 0.02mol/L 时一般作物生长正常 ,高于
0.09mol/ L 时对作物造成危害[ 1] ,本文选用较高浓度的 NaCl溶液(c:0.05 ～ 0.25mol/L)培
养大麦 ,在种子萌发后 6d 内 ,对照组幼苗生长最快 ,之后 0.05mol/ L 处理组生长加快 ,第
10d时与对照幼苗等高 ,第 15d时各组幼苗高度依次为:0.05>0>0.10>0.15>0.20>0.
25(mol/ L)(图 1)。
与此相对应 ,NaCl处理组幼苗的根系发育也受到程度不同的抑制 ,表现为生长迟缓及
侧根数目减少[ 2] 。经过前期的适应 ,0.05mol/ L处理组的幼苗具有较好的生长势 ,表现出幼
苗对 NaCl环境的适应性。
对不同浓度 NaCl处理 24h时各组幼苗根尖细胞有丝分裂指数的差异分析结果(表 1)
显示:0.05mol/L 处理组与对照无明显差异 ,而当 NaCl浓度大于 0.10mol/L 时处理组有丝
分裂指数明显低于对照 ,两者之间有极显著差异 ,低浓度组(0.05 , 0.10mol/ L)与高浓度组
(0.15 , 0.20 , 0.25mol/L)间也产生了极显著差异 。
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图 1　NaCl对大麦幼苗生长的影响(浓度依此为 0 , 0.5 , 0.10 , 0.15 , 0.20 , 0.25mol/ L)
Fig 1　Effect of NaCl solution on the g rowth of barley seedling s(Concentration:0 , 0.05 , 0.10 , 0.15 , 0.
20 , 0.25mol/ L)
表 1　NaCl处理大麦幼苗 24h时不同浓度各组间有丝分裂指数差异显著性测定
Table 1　Measuring of significance of difference on mitotic index of Hordeum vulgare
seedl ings incubated for 24h in different concentration of NaCl solution
组别
Group
6 5 4 3 2
1 21.01-7.83=13.18＊＊21.01-9.31=11.70＊＊21.01-9.46=11.55＊＊21.01-16.35=4.66＊＊ 21.01-18.29=2.72
2 18.29-7.83=10.46＊＊18.29-9.31=8.98＊＊ 18.29-9.46=8.83＊＊ 18.29-16.35=1.94
3 16.35-7.83=8.52＊＊ 16.35-9.31=7.04＊＊ 16.35-9.46=6.89＊＊
4 9.46-7.83=1.63 9.46-9.31=0.15
5 9.31-7.83=1.48
　　1 ～ 6 组 NaCl浓度依此为:0 , 0.05 , 0.10 , 0.15 , 0.20 , 0.25mol/ L;表中数据为被比较两组分裂指数及其
差值 ＊＊P<0.01
当 NaCl作用时间延长至 48h 时各组有丝分裂指数(表 2)显示:各不同浓度的 NaCl处
理组与对照间具有显著或极显著差异;而低浓度与高浓度组间的差异相对缩小 ,部分差异消
失。
表 2　NaCl 处理大麦幼苗 48h时不同浓度各组间有丝分裂指数差异显著性测定
Table 2　Measuring of significance of difference on mitotic index of Hordeum vulgare
seedlings treated for 48h in different concentration of NaCl solution
组别
Group
6 5 4 3 2
1 18.22-7.85=10.37＊＊18.22-10.01=8.21＊＊18.22-12.58=5.64＊＊18.22-13.71=5.11＊＊ 18.22-14.31=4.51＊
2 14.31-7.85=6.46＊＊ 14.31-10.01=4.30＊ 14.31-12.58=1.73 14.31-13.71=0.60
3 13.71-7.85=5.86＊＊ 13.71-10.01=3.70 13.71-12.58=1.13
4 12.58-7.85=4.73＊ 12.58-10.01=2.57
5 10.01-7.58=2.16
　　 ＊ P<0.05 ＊＊ P<0.01
从表 1和表 2可以看出:NaCl作用时间延长时对细胞分裂的抑制效应增强 ,幼苗根尖
细胞有丝分裂周期与 NaCl浓度间呈负相关 ,NaCl浓度提高时处理组有丝分裂指数降低 ,细
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胞周期延长。
NaCl胁迫降低有丝分裂指数 ,一方面是由于 NaCl影响了细胞内原有的代谢过程 ,改变
了细胞内原有的物质平衡 ,尤其是某些蛋白质表达方式的改变[ 4 , 7] ,阻止了细胞向分裂态转
化 ,相应地延长了细胞周期 ,导致幼苗生长缓慢;此外 ,生存在 NaCl介质中的大麦幼苗有少
数细胞发生了染色体畸变和细胞分裂异常 ,严重异常者将因遗传信息缺失而无法进入下一
个周期完成正常的分裂过程 ,该细胞停止分裂并可能逐渐凋亡 ,从而引起细胞分裂指数下降
并成为制约植株生长的一个因素 。生存于不同浓度的 NaCl溶液中 ,各组幼苗的有丝分裂
指数不同 ,异常分裂细胞的千分率亦不同 ,形成宏观上不同处理组幼苗生长速度的差异。
2.2　NaCl对大麦幼苗根尖细胞微核的诱导作用
生长在 NaCl溶液中的大麦幼苗 ,其根尖间期细胞中可明显检测到微核 ,通常 1个细胞
具有 1个微核 ,被膜或不被膜(图 2)。镜检结果显示(表 3):NaCl溶液中培养 24h 时对照及
处理组无微核检出;48h时对照组仍未检出微核 ,低浓度组(0.05 , 0.10mol/L)诱导的微核
率与对照间无统计学显著差异。诱导根尖细胞产生微核的有效 NaCl浓度在作用时间为
24h时为 0.20mol/ L ,NaCl作用时间 48h时为 0.15mol/L 。两组不同处理时间对微核的诱
导表明低浓度组(0.05 , 0.10mol/L)与高浓度组(0.20 , 0.25mol/L)间存在显著差异。该结
果说明 ,环境中的 NaCl诱导细胞微核同样与其浓度和作用时间相关 ,较高浓度的 NaCl介
质能显著地诱导根尖细胞微核 ,随培养浓度的提高微核千分率增大 ,随着 NaCl作用时间的
延长微核率升高 。与分裂指数相比较 ,诱导微核的有效浓度比降低分裂指数的有效浓度相
对较高。微核的产生可能是因细胞内染色体断裂形成的无着丝粒片段在分裂后期不能正常
向极运动 ,核膜重建时无法包被到核内 ,成为游离于细胞核外的微核;也有可能是高浓度
NaCl溶液培养造成某种生理原因引起核穿壁所致。形成微核是环境对生物遗传结构的一
种不可逆损伤 ,由此造成的后果比分裂下降更严重。但是较低浓度 NaCl只延长细胞周期
而不诱导微核。
表 3 不同浓度 NaCl培养后大麦幼苗微核率的比较
Table 3　The comparison of micronuclei frequency in barley seedl ings treated in differ-
ent concentration of NaCl solution
处　　理 T reatment 微　核　率 Micronuclei/ ‰
Concentration(mol/ L) 0 (CK) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
Time(h)24 0 0 1.49 1.69 3.18＊ 5.22＊＊
3.73@ 3.53@ 2.04
48 0 1.24 3.67 6.01＊ 7.90＊＊ 10.41＊＊
6.74@ 4.40 2.51
与对照组比较 ＊ P<0.05 , ＊＊P<0.01;@与 0.25mol/ L实验组比较差异显著
2.3　NaCl对大麦幼苗根尖细胞异常分裂的诱导作用
镜检结果显示 ,培养介质中的 NaCl能够引起大麦根尖细胞有丝分裂过程的多种异常 ,
如染色体断片 、后期染色体桥及细胞的不均等分裂(图 2)。
异常分裂细胞出现的千分率与幼苗生长环境中的 NaCl浓度和作用时间呈正相关(表
4)。
1592 期　　　　　　　　仪慧兰等:NaCl诱导大麦细胞微核及异常有丝分裂的研究
图 2　NaCl诱导的大麦根尖细胞异常分裂(a.b 微核 , c不等分裂 , d 染色体桥 , e 断裂)
Fig2　Abnormal split of the roo t tip cells in Hordeum vulgare induced by NaCl so lution(a.b-mi-
cronuclei , c-unequal division , d-chromosome bridge, e-chromosome break)
表 4 NaCl对大麦幼苗根尖细胞染色体结构的影响
Table 4　Effects of NaCl on chromosome structure in root tip cells of Hordeum vulgare
NaCl浓度 Concentration/ mol/ L 0(CK) 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25
染色体断裂/ ‰ 24h 0 0 0.85 0.72 2.06 1.92
Chromosome break 48h 0 0.25 1.69 1.95 2.16 2.75
染色体桥/ ‰ 24h 0 0 0.70 0.90 1.92 1.00
Chromosome bridge 48h 0 0.79 2.20 2.82 2.16 3.29
环境中的 NaCl诱导大麦根尖细胞染色体断裂 ,两条染色体断裂后游离端相互愈合产
生具双着丝粒的染色体 ,细胞分裂后期便会出现染色体桥;染色体断裂端相互“粘连”或迟复
制染色质也会导致后期染色体桥的出现[ 8 ,9] 。诱导染色体桥和断裂的效率与 NaCl浓度相
对应并具有时间效应 ,介质中 NaCl浓度升高或作用时间延长时断裂和桥的比率均随之增
高(图 3)。
图 3　NaCl浓度对染色体桥和断裂的影响
Fig 3　Effect of the concentration o f NaCl solution on chromosome break and chromosome bridge
以染色体桥 、断裂和染色体粘连 、微核等项指标之和作为染色体畸变率 ,比较 NaCl溶
液培养 24h和 48h 时镜检结果 ,可以清楚地看到:(1)染色体畸变率随 NaCl浓度升高而增
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高;(2)同一浓度作用 48h所诱发的染色体畸变率比 24h时增大(图 4)。
图 4　NaCl对染色体畸变率的影响
Fig 4　Effect of NaCl solution on the number of chromosomal aberration
至于不均等分裂的产生 ,一方面可能因染色体断裂后游离端相互粘连导致染色体不能
均等地分为两组 ,也有可能是高浓度的 NaCl干扰或抑制了纺锤丝的正常功能 ,使之无法将
细胞中央赤道板上的染色体均等地拉向两极;或者由于 NaCl胁迫引起细胞内部平衡改变 ,
产生了无丝分裂 。
参　　考　　文　　献
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