全 文 ：第 21 卷　第 3 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2001年　7 月
Vol.21　No.3　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH July , 　2001
亚硫酸氢钠对大蒜幼苗生长及细胞分裂的作用
仪慧兰　孟紫强＊＊
(山西大学环境医学与毒理学研究所 , 生命科学系 ,太原　030006)
摘　要　研究 SO2 体内衍生物 —亚硫酸钠与亚硫酸氢钠(分子比为 3:1)混合液对大蒜幼苗生长
和细胞分裂的效应。结果表明:低浓度(0.2mmol/L)的混合液促进幼苗生长 ,短时间(24h)作用时
根尖细胞有丝分裂指数(MI)提高;高浓度(1.5与 2.0mmol/ L)处理抑制大蒜幼苗生长 ,细胞周期
延滞 ,大蒜根尖 M I下降 ,并诱发细胞分裂异常 ,且呈明显的时间效应与剂量效应关系 。
关键词　SO2 衍生物;大蒜;分裂异常;有丝分裂指数
EFFECTOF SODIUM BISULFITE ON THE CELL DIVISION
AND GROWTH OF ALLIUM SATIVUM SEEDLINGS
YI Hui-lan　MENG Zi-qiang
(Institute of Environmental Medicine and Toxicolog y , Department of Life Sciences , Shanxi University , Taiyuan 030006)
Abstract　The ef fects of sodium bisulfite on the cell division and g row th of A .sat ivum seedlings
were studied.The results showed that the mito tic index (M I)and g row th speed increased when
seedling s incubated in sodium bisulfite solution w ith lower concentration(0.2mmol/L).But seedlings
grow th slow ed down when they incubated with higher concentrations(1.5 o r 2.0mmol/L).Further-
more , SO2 decreased M I significant ly and induced abnormal division.At the same time cell cy cle w as
delayed.The effects w ere dependent on the concentration and duration time.
Key words　Sodium bisulfite;Allium sativum ;abnormal division;mitotic index
　　二氧化硫作为常见的全球性大气污染物 ,在某
些城市和地区污染相当严重。SO2 气体能引起呼吸
系统疾病 ,还可与其它大气污染物进行化学反应 ,生
成各种硫酸盐 ,这些成分随雨水共同降落成为“酸
雨” ,能够导致土壤和水系的酸化 ,干扰植物的代谢 ,
对生态系统有很大的破坏作用 ,从而间接地危害人
类健康。
关于 SO2 污染对哺乳动物和人体造成的遗传
损伤 ,包括微核(MN)、姊妹染色单体交换(SCE)、染
色体畸变(CA)等效应已有研究报道[ 1 ～ 3] ,但迄今对
植物的危害多围绕在生理生化方面[ 4 ～ 6] 。本文根
据 SO2 进入生物体后以它的衍生物 ———亚硫酸钠
与亚硫酸氢钠(3:1 ,mol/mol)的形式对生物大分子
产生危害作用的事实 ,模拟 SO2 污染状态 ,研究其
对大蒜幼苗生长分裂的毒性效应。
1　材料与方法
1.1 材料
大蒜(Allium sat ivum)去皮 ,水冲洗后随机分
组 ,25℃恒温培养 。12h 换水一次 ,约 38 ～ 48h 后
大蒜萌生新根 ,可用于药物的监测处理 。
1.2　方法
1.2.1　溶液配制　SO2 衍生物采用亚硫酸钠-亚
第一作者简介:仪慧兰(1963-),女 ,副教授 ,在职博士生 ,主要从事环境生物学研究。 ＊＊通讯联系人。
山西省自然科学基金资助
收稿日期:2000-9-15
硫酸氢钠混合液(3:1 ,mol/mol),双蒸水配制 。
阳性诱变剂环磷酰胺(Cyclophosphamide , CP)
用灭菌生理盐水配成 5mg/mL 溶液 , 用时稀释成
5ug/mL。
1.2.2　根尖处理与固定　大蒜萌生新根后 ,对照用
双蒸水 ,SO2 处理组采用亚硫酸钠-亚硫酸氢钠混
合液培养 ,各组浓度分别为 0.1 , 0.2 , 1.0 , 1.5 , 2.
0mmol/L。25℃恒温培养 ,定期测量幼根和幼叶的
长度 ,各处理组以 60株幼苗均值作为幼根和幼叶的
长度 。剪取幼根 ,加卡诺氏固定液固定 24h ,蒸溜水
冲洗后转入 70%的乙 醇中 4℃保存。
1.2.3　Feulgen染色[ 7] 。
1.2.4　制片与镜检　切取根尖分生区 ,常规压片 ,
镜检。每个处理观察 10 株幼苗的 10 条根尖约
4000个细胞 。
1.3　实验数据的统计分析
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[ 8] ,检测不同处理间的差异显著
性。
2　结果与分析
2.1　对大蒜幼苗生长的影响
对各组不同浓度亚硫酸钠-亚硫酸氢钠混合液
培养的大蒜幼苗 ,每间隔 24h 分别测量幼叶长度和
根的长度 ,计算叶长和根长的平均值 ,其结果见图 1
和图 2。
　　　　图 1　SO2 衍生物对大蒜幼叶生长的影响　　　　　　　　图 2 SO2 衍生物对大蒜幼根生长的影响
Fig.1 Effect of SO2 on the leaf grow th of A.sativum Fig.2 Effect of SO 2 on the root g rowth o f A .sativum
　　从图 1可以看出 , 0.2mmol/L 处理组幼叶生长
较快 , 1.0mmol/ L 处理组在 72h 后生长稍慢 , 1.
5mmol/L 与 2.0mmol/L 组幼叶生长明显比对照慢 。
图 2中高浓度组(1.5 ,2.0mmol/L)幼根生长受到明
显抑制 ,生长抑制率达 27.6%～ 46.3%。SO2 衍生
物对幼根和幼叶生长的抑制强度与处理浓度和作用
时间呈正相关 ,浓度提高或作用时间延长时抑制效
应增强。高浓度组对根的抑制强度高于对幼叶的抑
制 ,而且在 24h后各组幼根的生长速度明显低于幼
叶。
2.2　对大蒜幼根有丝分裂指数(M I)的影响
SO2 衍生物 ———亚硫酸钠与亚硫酸氢钠混合液
处理大蒜 , 24h 时幼根 M I 值较高 ,随后处理组 MI
值逐步降低 ,在 72h 时出现了不同时间之间 M I 的
明显差异(表 1)。
　　表 1 SO2衍生物对大蒜幼根分生细胞有丝分裂指数/ %的影响
Table 1　Effect of sodium bisulfite on the mitotic index/ % in root tip cells of A.sat ivum seedlings
T reatment
Concentration
(mmol/ L)
Number o f
observed cells
T reated time/h
24 48 72
SO 2衍生物 0 4000 18.05±4.67 16.40±3.64 14.30±2.47
Sodium bisulfite 0.10 4000 18.48±2.11 13.41±3.85 10.50±1.51&
0.20 4000 20.87±5.21 14.32±3.26 11.71±3.51&
1.00 4000 19.90±4.01 11.72±2.51＊ 10.23±2.12＊&
1.50 4000 11.95±2.40＊＊ 15.73±4.42 9.37±3.18＊
2.00 4000 13.30±1.19＊ 10.60±2.36＊ 6.88±1.48＊＊&&
CP(5ug/ml)+ SO2 衍生物 1.00 4000 14.55±4.78 13.61±3.78 4.40±0.36＊＊&&
CP 5ug/ ml 4000 13.71±5.26＊ 6.08±2.50＊＊& 2.13±0.17＊＊&&
　　同一时间不同处理组与蒸馏水对照组之间比较:＊ p<0.05 , ＊＊ p<0.01
同一药物不同时间处理组之间比较:& p<0.05 , &&p<0.01
　　从表 1中可知 ,短时间处理时 ,高浓度组与蒸馏 水对照组间差异显著;如延长作用时间 ,则低浓度组
3853 期　　　　　　　　　　　　　　仪慧兰等:亚硫酸氢钠对大蒜幼苗生长及细胞分裂的作用
与阴性对照组之间 MI 差异增大 , 1.0mmol/L 处理
48h与对照产生显著差异 ,说明 SO2 能够延长细胞
周期 ,降低细胞分裂指数 ,并具有剂量效应和时间效
应关系。
2.3　对根尖分生组织细胞有丝分裂各期细胞所占
比例的影响
镜检统计不同处理组大蒜幼根分生区细胞中有
丝分裂各期(前 、中 、后 、末)细胞 ,计算在分裂细胞中
各个时期所占比例 ,结果列于表 2和表 3。
　　表 2 SO2衍生物处理 24h大蒜幼根有丝分裂各个时期细胞所占比例/ %
Table 2　The mitotic cell ratio/% in the root cells of A.sat ivum seedlings incubated in sodium bisul-
fite for 24h
T reatment
Concentr ation
/(mmol/ L)
前期 Prophase 中期 Metaphase 后期 Anaphase 末期 Telophase
%　　　Increment %　　　Increment %　　　I ncrement %　　　I ncrement
SO2 衍生物 0 42.25 17.69 3.74 36.32
Sodium bisulfite 0.20 31.77 -24.80 20.94 18.37 3.96 5.88 43.34 19.33
1.00 37.04 -12.33 18.27 3.28 3.71 -0.80 40.98 12.83
1.50 24.68 -41.59 24.94 40.87 5.78 54.54 46.07 26.84
2.00 24.39 -42.27 29.41 66.25 6.53 74.60 39.74 9.42
CP(5ug/ml)+亚硫酸盐 1.00 39.11 -7.43 18.35 3.73 4.70 25.67 37.84 4.19
CP 5ug/ml 41.15 -2.60 19.21 8.59 4.10 9.63 35.54 -2.15
　　Increment为各处理组与蒸馏水对照组的差值除以对照值所得的百分率
　　表 2可以看出 ,在 SO2 衍生物处理 24h时大蒜
幼根分裂细胞中前期细胞所占比例有所降低 ,低浓
度组降幅较低 ,高浓度组(1.5 , 2.0mmol/L)降幅达
40%以上。与前期相反 ,各 SO2 处理组中期细胞均
有所增多 ,低浓度组(0.2 ,1.0mmol/L)增幅较小 ,高
浓度(1.5 , 2.0mmol/L)组增幅达 66.25%。后期细
胞与中期有相同趋势 ,只是 SO2 高浓度组的增幅比
中期高 。末期细胞在 SO2 处理组中增多。结果表
明 ,SO2 衍生物处理能够阻滞大蒜幼根细胞进入分
裂态 ,使得前期细胞减少 ,其余各期所占比例相应增
多;SO2 衍生物浓度越高对细胞分裂的阻滞效应越
强。
药物处理 48h 时(表 3),各 SO2 衍生物处理组
前期细胞略有增减;中期细胞在低浓度组(0.2 , 1.
0mmol/L)所占比例降低 , 而高浓度组(1.5 , 2.
0mmol/L)中却增多 ,增幅接近 60%;后期和末期细
胞在低浓度处理组比例增加 ,高浓度处理组中相对
减少 ,对后期的降幅大于对末期的降幅 。结果说明:
此时药物主要作用是高浓度 SO2 处理组中期细胞
染色体粘连 ,难以分为两组子染色体 ,相应延长了中
期时间 ,使中期细胞增多 ,后期和末期减少。低浓度
组末期增加 ,表明细胞分裂末期时间延长 ,细胞分裂
的速度减慢。
　　表 3 SO2衍生物处理 48h大蒜幼根有丝分裂各个时期细胞所占比例/ %
Table3　The mitotic cell ratio/ % in the root cells of A.sativum seedl ings incubated in sodium
bisulfite for 48h
T reatment
Concentr ation
/mmol/ L
前期 Prophase 中期 Metaphase 后期 Anaphase 末期 Telophase
　%　　Increment 　%　　Increment 　%　　I ncrement 　%　　I ncrement
SO2 衍生物 0 37.68 23.41 4.94 33.84
Sodium bisulfite 0.20 36.32 -3.61 18.88 -19.35 4.75 -3.85 40.07 18.41
1.00 34.17 -9.32 18.72 -20.23 6.38 29.15 40.72 20.33
1.50 39.11 3.80 25.90 10.64 2.16 -56.28 32.83 -2.98
2.00 36.95 -1.94 37.23 59.03 3.05 -38.26 22.76 -32.74
CP(5ug/ml)+亚硫酸盐 1.00 34.42 -8.65 21.35 -8.79 4.28 -13.36 39.94 18.03
CP 5ug/ml 53.90 43.05 16.62 -29.00 2.27 -54.05 27.20 -19.62
2.4　SO2衍生物诱导的根尖细胞双核
亚硫酸氢钠混合液处理的大蒜幼苗 ,幼根根尖
部分细胞中有两个核 ,两核相互游离 ,大小接近 ,处
于细胞分裂间期 ,细胞核呈网状或固缩 ,成为双核细
胞。从表 4 可以看出 , 24h 时高浓度组(1.5 , 2.
0mmol/L)培养的大蒜幼苗根尖细胞双核明显多于
386 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　21 卷
阴性对照和低浓度组 ,随着浓度的提高 ,根尖细胞中
的双核逐渐增加 。SO2 衍生物低浓度组(0.2 , 1.
0mmol/L)随着处理时间的延长 ,幼根细胞中双核细
胞增多;该衍生物高浓度组长时间处理 ,使根尖细胞
分裂阻滞甚至停止 ,导致有丝分裂指数的下降 ,双核
细胞所占比例也随之降低 。这些结果意味着 SO2
衍生物具有胞质阻滞作用 ,使分裂后期细胞板不能
形成 ,无法进行细胞质的分裂 ,从而导致有丝分裂破
坏 ,形成双核细胞 ,并使分裂指数下降。
　　表 4 SO2 衍生物诱导的大蒜根尖细胞双核/ ‰
Table 4　The frequencies/ ‰of binucleated cells in A.sativum root induced by sodium bisulfite
T reatment
Concentr ation
(mmol/ L)
Number of
observed cells
T rea ted time/ h
24 48 72 96
SO 2衍生物 0 4000 0.56±0.11 1.78±0.67 2.79±0.76 2.87±0.54
Sodium bisulfite 0.20 4000 5.12±3.23 8.01±3.39 9.83±4.11 15.21±7.90
1.00 4000 2.18±0.31 4.79±2.31 7.30±4.02 9.85±1.83
1.50 4000 26.48±10.21 6.00±2.34 10.68±4.56 -----
2.00 3800 74.19±25.37 20.03±6.47 11.72±3.58 -----
CP(5ug/ ml)+
亚硫酸盐 1.00 4000 15.42±10.34 5.34±3.16 11.72±3.37 11.50±3.81
CP 5ug/ml 4000 1.19±1.15 11.29±5.62 11.75±4.90 12.30±4.53
　　----因根尖死亡没有数据
赤道板偏转　　　　不等分裂　　　　　　中期粘连　　　　　后期桥　　　　　　　微桥
2.5　SO2衍生物诱导的其它分裂异常
SO2 处理组根尖部分中期细胞的染色体排列于
细胞质的非中央区;或与细胞中央赤道板成大小不
同的夹角。在细胞分裂后期时 ,两组子染色体一组
正常向极运动 ,另一组却仍在细胞中央赤道板附近 ,
细胞板在两组子染色体中央形成 ,导致细胞质不均
等分裂 。少数细胞染色体发生不均等分裂 ,形成数
目不等的两组子染色体 ,产生两个核不同大小的细
胞 ,或其中一组染色体不正常向极运动 ,随之细胞质
也不均等分裂 ,产生两个大小完全不同的细胞 ,一个
细胞具有较多的染色体和较多的细胞质 ,另一个细
胞具有很少的染色体和细胞质 ,成为小型细胞 。造
成上述结果的主要原因是 SO2 衍生物破坏了细胞
的有丝分裂器 ,使纺锤体不正常所致。镜检过程中
还发现 ,SO2处理组大蒜幼根细胞中微核率明显增
高 ,并发生核固缩和核碎解 ,中期粘连的染色体呈不
规则形态 ,后期出现了染色体桥(结果另文发表),表
明 SO2 衍生物处理导致了大蒜根尖细胞的遗传损
伤。
参　考　文　献
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