全 文 ：植　　　物　　　研　　　究
BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH
第 17 卷　第 2 期 1997 年　4 月
Vol.17　No.2 April , 　1997
NaCl对大麦幼苗生长及
姊妹染色单体交换的影响
仪慧兰　王　强
(山西大学生命科学系 ,太原　030006)
摘　要　研究了 NaCl胁迫下大麦幼苗生长及根端分生细胞的姊妹染色单体交换
(SCE),当 NaCl浓度提高时 ,SCE频率明显增大而细胞分裂指数却下降 ,实验组主
胚根及幼苗的生长速度减慢 。对细胞分裂和幼苗生长的抑制强度与处理浓度间呈
正相关。实验结果表明 ,高浓度 NaCl对幼苗生长和细胞分裂是有害的 ,它能引起
细胞内的 DNA损伤 ,因而具有潜在的诱变或致畸作用。
关键词　大麦;NaCl;姊妹染色单体交换;抑制
A STUDY ON TOXICITY OF SODIUM CHLORIDE
IN HORDEUM VULGARE
Yi Hui-lan　　Wang Qiang
(Department of Life Science , Shanxi Univ ersity , Taiyuan 030006)
Abstract　We studied the ef fects of roo t tip cells t reated Hordeum vulgare w ith Na-
Cl solution , observed sister chromatid exchanges(SCE)and mitotic division.When
treated concentration of NaCl solution is inhanced , SCE frequency increased signif i-
cantly but cell division decreased.Our date of seedlings grow th inhibition suggest that
this is concentrat ion -dependent.The higher concentration is taken , the slower
seedling s grow.It show s that concentration control the spli ts of cells.High concen-
tration leads to DNA recombination.The results indicate that high concentration of
NaCl solution is toxic to g row th of seedling s and cells , it is po tential mutagenic and
classtogenic.
Key words　Hordeum vulgare;NaCl;Sister chromatid exchange;Inhibition
致谢:本研究工作得到南开大学生命科学院院长 、博士生导师张自立先生的大力支持和细心指导 ,在此表示衷心感谢 !　1996年 12月收稿。
引　　言
姊妹染色单体交换(SCE)实验是检测环境诱变剂和致癌剂时灵敏度很高的生物监测手
段 ,它反映了环境有毒物质对细胞 DNA的损伤情况 。到目前为止 ,已有几百种化学试剂通过
了哺乳动物细胞中的 SCE检测〔3-5〕。近年来 ,因发现植物细胞和动物细胞在监测环境诱变剂
和致癌剂中具有同等功效 ,而且应用植物材料还具有简便经济等特点 ,张自立等提出植物细胞
SCE可以代替动物用于检测生物环境中的有毒物质〔6、7〕。众所周知 ,NaCl是植物生长必需的
离子化合物 ,对植物代谢起重要的调节作用 ,但我们发现较高浓度的 NaCl能诱发植物细胞中
的SCE增加〔1〕 ,即盐胁迫引起了 DNA损伤。为了获得更全面的资料 ,本文就 NaCl对大麦幼
苗生长分裂及 DNA稳定性的影响作进一步研究 ,以明确高盐浓度对生物体的危害 ,并探讨了
其机理 ,对抗盐植物的选育和盐渍地种植有一定指导意义。
1.材料和方法
1.1　实验材料
大麦(Hordeum vulgare)分别来自山西省农科院和天津市农科院 。
1.2　实验方法
1.2.1　NaCl对幼苗生长的影响　种子于 40℃浸种 4h ,采用滤纸法在 25℃恒温箱中培
养。选根长 0.2cm(测根长)或苗长 0.5cm(测苗长)的籽粒 ,对照加蒸馏水 ,其余分别加入不同
浓度的 NaCl溶液 。12h换 1次处理液 。在处理 36 、48和 72h时分别测主胚根及苗的长度 。
1.2.2　有丝分裂指数的测定　NaCl溶液处理 72h时剪取根尖放入指管瓶固定。用 1N
盐酸解离 ,改良石碳酸品红染色 ,常规压片后镜检 。每种处理观察 2000个左右的细胞。
1.2.3　姊妹染色单体交换的统计　染色体标本制备及姊妹染色单体区分染色参见〔1〕 。
双盲法在显微镜下直接计数SCE ,每种处理至少统计 40个细胞分裂相。凡染色体端部的交换
计作 1次SCE ,中部交换计作 2次SCE ,着丝粒处的交换计为1次 SCE 。用单因素方差分析的
方法进行统计学处理 ,取 SCE值的平方根作计算 ,进行 F 检验。多重比较时 ,用最小显著差异
法。
2.结　　果
2.1　对幼苗生长的抑制作用
不同浓度处理后 NaCl对大麦主胚根和幼苗的生长抑制率列于表 1和表 2 。
表 1 NaCl对大麦幼苗生长的抑制率
Table 1　The rate of inhibited growth by NaCl in Hordeum vulgare seedlings
处理时间
Time
(h)
浓　　　　　度
Concentration (mol/ L)
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
36 14.84 25.82 29.67 37.91 61.54 64.84
48 20.31 27.19 38.13 42.19 63.44 70.31
72 20.99 28.47 51.09 57.12 69.34 73.18
1752 期　　　　　仪慧兰等:NaCl对大麦幼苗生长及姊妹染色单体交换的影响
　　表 2 NaCl处理对大麦根生长的抑制率
Table 2 The rate of root growth inhibition by NaCl in Hordeum vulgare
处理时间
Time
(h)
浓　　　　　度
Concentration (mol/ L)
0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
36 14.75 33.61 52.46 59.84 72.95 83.61
48 20.80 42.00 63.20 66.40 80.40 89.20
72 27.62 52.32 73.07 79.07 87.65 94.68
图 1　NaCl胁迫下大麦幼苗生长曲线
Fig.1 　 The seedling s grow th curve of
Hordeum vulgare trea ted with
sodium chlo ride
A对照;B 浓度 0.05mol/ L;C NaCl 0.10mol/
L;D 0.15 mol/ L Nacl处理;E 0.20 mol/ L Na-
Cl处理;F 0.25 mol/ L NaCl处理;G 0.30 mol/
L NaC l处理
　　从表中可以看出:①同一浓度 ,随处理时间的延长
对根和苗的抑制均增强;②同时测定 ,处理浓度越大其
对生长的抑制率越高;③同等条件下对根的抑制强于对
苗的抑制 。
实验中浓度为 0.30mol/L 时处理组生长极慢 ,在
36h内主胚根平均长度只增加了 1.1mm ,而同期对照增
长 3.4cm 。高于此浓度幼苗不能生长 ,逐渐枯死 。
就 NaCl胁迫下大麦幼苗高度对处理时间作图(图
1),各处理组表现为斜率不同的一组线段 ,浓度越大斜
率越小 ,也即生长速度越慢。在测定的两个时间段内生
长速度也不同 , 36—48h间生长较快 ,第二时间段内生长
较慢 ,说明盐对生长的抑制作用具有累积性。主胚根的
生长也表现相同的特征。
2.2　对根尖细胞有丝分裂指数的影响
统计结果见表 3。
NaCl处理使分裂期的细胞减少 ,有丝分裂指数下
降 ,也就是说 NaCl处理阻滞了细胞向分裂态的转化 ,延
长了细胞间期 ,从而导致细胞周期也相应延长。处理浓
度逐渐增大时 ,这种效应随之增强 。
表 3 NaCl对大麦根尖细胞分裂的影响
Table 3　Effects of NaCl on cell division in root tip cells of Hordeum vulgare
参　　数 浓　　　　　度 Concentration(mol/ L)
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30
有丝分裂指数(%)
rate of split
16.4 13.4 11.7 10.6 6.3 4.7 4.1
抑制率　(%)
rate of inhibited
18.3 28.7 35.4 61.6 71.3 75.0
176 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　17 卷
2.3　NaCl对大麦根尖分生细胞 SCE的诱导效应
选用高于土壤含盐标准的 NaCl浓度 ,检测其对大麦细胞 SCE的影响 ,结果列于表 4 、表
5。
表 4 NaCl对大麦根尖细胞 SCE的诱导效应
Table 4 Sister chromatid exchanges induced in root tip cells of Hordeum vulgare by NaCl
浓度　(mol/ L)
Concentration
SCEs/ cell
mean±S.E
SCE&
ratio
Increase of
SCE per cell
0 10.87±0.96
0.05 14.33±0.91 1.32 3.46
0.10 17.27±1.10＊ 1.59 6.40
0.15 18.09±1.47＊ 1.66 7.22
0.25 21.32±1.60＊＊ 1.96 10.45
0.30 21.80±1.49＊＊ 2.01 10.93
　　＊　差异显著 , P<0.05
＊＊　差异极显著 , P<0.01
&　NaCl处理后 SCE 频率的平均值除以对照 SCE平均值所得的值
表 5 NaCl对不同品种的大麦细胞 SCE的影响
Table 5　Sister chromatid exchanges in two species of Hordeum vulgare induced by NaCl
材料品种
Material
浓度　(mol/ L)
Concentration
SCEs/ cell
mean±S.E
SCE
ratio
Increase of
SCE per cell
孟克尔大麦
啤酒大麦
0 21.19±6.22
0.10 28.07±4.82＊＊ 1.32 6.88
0.30 29.48±7.41＊＊ 1.40 8.29
0 27.21±7.06
0.09 32.00±6.32＊ 1.18 4.79
0.17 39.70±9.41＊＊ 1.46 12.49
在3个不同大麦品种所做独立实验中 , NaCl均能诱发大麦细胞 SCE 增加 ,且随 NaCl浓
度增大细胞中的平均 SCE值升高。在多重比较时发现 ,浓度接近 0.1mol/L 时处理组与对照
之间存在显著差异 ,浓度再提高时处理与对照间形成极显著差异;但各处理组之间比较时 ,只
有 0.30mol/L 及 0.25mol/L 两组与 0.05mol/L 处理组间存在统计学上的差异 ,其余各组间无
明显差异 。
NaCl诱发大麦细胞中的 SCE增加与处理浓度有关 ,还与 NaCl作用时间长短有关。
从表 6可以看出 ,较短时间 NaCl处理使细胞中的SCE略有增加 ,处理时间延长时 SCE逐
渐增加 ,一定长时间(6h)时形成统计学上的明显差异。但用 0.3mol/L NaCl处理 10h 时根部
部分细胞死亡 ,导致 SCE值偏低。
1772 期　　　　　仪慧兰等:NaCl对大麦幼苗生长及姊妹染色单体交换的影响
表 6 0.3mol/L NaCl处理不同时间对 SCE 的影响
Talbe 6　Effect of NaCl on sister chromatid exchange treated for different time
时间　　　　(h)
T ime
SCEs/ cell
mean±S.E
SCE
ratio
Increase of
SCE per cell
0 27.88±7.22
0.5 31.80±9.55 1.14 3.92
1.0 33.32±7.44 1.20 5.44
2.0 33.79±8.11 1.21 5.91
6.0 　37.50±6.82＊＊ 1.35 9.62
10 34.95±9.05＊ 1.25 7.07
　　＊ 部分数据来自参考文献 1
3.讨　　论
3.1　NaCl是植物生长必须的 ,但高浓度的 NaCl抑制幼苗生长 ,致使根生长缓慢并变成
褐色 ,较对照有更发达的根毛 ,这是植物水分胁迫后为了吸收足够的水分而萌生的 ,是植物体
图 2　根端分生细胞的姊妹染色单体交换
Fig.2　Sister chromatid exchanges in roo t tip cell
对环境的适应性改变 。
实验中 NaCl抑制作用
表现一定的规律性 ,对根的
抑制强于对苗的抑制 ,乃是
因为根部直接浸于处理液
中 ,根细胞处于高渗透压介
质中 ,使细胞内积累了大量
的 Na+ ,而向根上部转移的
Na+较少 , 因此苗生长较
快。对根和苗的生长抑制
均是第二时间段强于第一
时间段 , 其原因是在 NaCl
处理的前期细胞中逐渐积
累 Na+ ,影响了后期幼苗根
系的水分吸收和其它代谢 ,
引起细胞分裂周期的延长 ,
新增细胞的速度减慢 ,从而表现为宏观上幼苗生长的抑制。
NaCl胁迫时间延长 ,根部积累和转移的 Na+增加 ,使生长和代谢受危害的细胞增多 ,受害
程度加重。在持续盐胁迫下因代谢过程的连续性对细胞的危害表现累积效应 ,导致生长抑制
的累积性 。
3.2　NaCl诱导根尖细胞中的姊妹染色单体交换需要一定高的处理浓度和较长的作用时
间 ,这在上述结果中已经表明 ,那么作为人类以及动植物生命活动必需的 NaCl何以能够引起
178 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　17 卷
DNA损伤 、诱发 SCE 形成呢? 我们分析有两方面的原因 ,一方面 NaCl处理延长了细胞周期 ,
DNA的正常合成受阻 ,从而增加了 DNA链之间相互交换的机会 ,交换的结果就产生了 SCE 。
另一方面 ,细胞外环境的高渗透压引起质膜通透性改变 ,使根部离子吸收和分配紊乱 ,细胞内
原有的阳离子平衡发生改变。而一定的离子浓度对于维持染色质结构稳定 、酶活性及正常
DNA合成是必须的。胞内离子平衡的改变引起染色质结构不稳定 、酶活性改变 ,导致了 DNA
修复错误或抑制 ,最终形成 SCE〔5 、8 、9〕。
众所周知 ,SCE是 DNA分子重组的结果 ,这种重组也可能是生物对所处环境的一种适
应。生物有很强的适应环境能力 ,当它们面临恶劣环境造成遗传信息破坏时 ,它会通过 DNA
的重组来增强 DNA双螺旋的稳定性 ,提高基因组的抗干扰能力 ,确保遗传信息稳定 。DNA分
子重组还会产生新的基因和新的基因表达调控方式 ,转录翻译盐适应蛋白 ,以利于植物在盐环
境下生长。盐适应蛋白已在多种生物中检测到〔2〕 。深入研究盐胁迫下的 DNA重组 ,将有助
于耐盐基因的发现和耐盐机制的研究 ,为进一步培育耐盐植物提供有效途径。
参　　考　　文　　献
1.仪慧兰 、张自立.非诱变剂对姐妹染色单体交换的诱导效应.遗传, 1995 , 17(3):27-30
2.贺道耀 、余叔文.水稻高脯氨酸愈伤组织变异体盐胁迫下氨基酸和蛋白质组分的变化.植物生理学报, 1995 , 21(2):123
-130
3.Corrano A V et al.Sister chromatid exchange as an indicator of mutagensis.Nature , 1978 , 271:551-553
4.Perry pet al.Cytological detect ion of mutagen-carcinogen exposure by sister chromatid exchange.Natu re , 1975 , 258:121-
125
5.S chvartzman J B.Sister chromatid exchanges in higher plant cells:past and perspectives.Mutation Res , 1987 , 181:127-145
6.Zhang Z L et al.S tudies on the uti lization of a plant SCE test in detect ing potential mu tagenic agents.Mutat ion Res , 1991 ,
261:69-73
7.Xing W J et al.A comparsion of SCE test in human lymphocytes and Vicia faba:a hopeful technique using Plants to detect mu-
t agens and carcinogens.Mut.Res., 1990 , 241:109-113
8.Raaphorst G P et al.The ef fect of treatment w ith various anisotonic solution on the radiosensi tivity of cultured CHO cells.Radi-
ation Res., 1974 , 77:325-340
9.Ashby J et al.Clastogenicity in vi tro of the Na , K , C a and Mg salt s of saccharin;and of magnesium chloride;consideration of
significance.Mut.Res., 1986 , 163:63-73
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