全 文 ：第 21 卷　第 4 期　　　　　　　　　　　　　植　　　物　　　研　　　究 2001 年　10 月
Vol.21　No.4　　　　　　　　　　　BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH Oct., 　2001
盐胁迫浓度与大麦幼苗生长分裂和遗传损伤的相关性研究
仪慧兰　李秀芬
(山西大学生命科学与技术学院 ,太原　030006)
摘　要　研究盐胁迫浓度与大麦幼苗生长分裂的关系 ,实验结果表明:大麦幼苗生长在一定浓度
的 NaCl溶液中时 ,幼苗生长抑制 、叶绿素含量降低 ,有丝分裂指数下降 ,根尖分生区细胞中具有微
核和染色体畸变的细胞明显增多。统计分析结果显示:幼苗的分裂指数 、遗传损伤与盐浓度间有
很好的线性关系 ,有丝分裂指数与处理浓度间呈负相关(p <0.01),微核率 、染色体畸变率两项指
标与处理浓度间呈正相关(p <0.01)。研究结果表明:大麦幼根有丝分裂指数 、微核率及染色体
畸变率可以作为监测环境 NaCl的定量指标。
关键词　大麦;NaCl;分裂指数;微核;染色体畸变;线性关系
ON RELATIONSHIP OF SODIUM CHLORIDE CONCENTRATION
TO CELL DIVISION ,GENETIC DAMAGE AND GROWTH
OF HORDEUM VULGARE SEEDLINGS
YI Hui-lan　LI Xiu-fen
(Academy of Life Science and Technology , Shanxi University , Taiyuan 030006)
Abstract　The effects of NaCl solution on cell division and g row th of Hordeum vulgare seedlings
were studied.Seedlings chlo rophyll content w as lower than the control s w hen they incubated in
NaCl solution.The seedlings g rew slow ly and their mi totic index (MI)decreased significant ly w hen
seedling s incubated at high concentration.The frequencies of micronuclei (MN)and chromosomal
aberration(CA)increased in root tip cells of Hordeum vulgare seedlings at the same time.The re-
sults of statistics show ed that there w as a linear function betw een NaCl concentration and M I (also
MN and CA).Mitotic index show ed negative responses to NaCl concentration.The concentrat ion of
NaCl solution showed positive responses both in micronucleus and chromosomal aberration.It sug-
gested that M I , MN and CA of mitosis in Hordeum vulgare seedling s could be used to monitoring
environmental sodium chloride.
Key words　Hordeum vulgare ;NaCl ;mitotic index ;micronuclei ;chromosomal aberration ;lin-
ear relation
　　多数作物不能在盐渍条件下正常生长发育 ,而
全世界的盐碱地约占陆地面积的三分之一 ,全球三
分之二的水资源为海咸水 ,加之近年来人口的快速
增长 ,使淡水资源紧缺的矛盾更加突出 。因此 ,对作
物在盐渍环境中生长发育的机理研究和培育耐盐植
物成为全球关注的热点[ 1 ,2] 。文献报道 ,盐胁迫能
第一作者简介:仪慧兰(1963-),女 ,副教授 ,在职博士 ,主要从事环境毒理方面的研究。
山西省青年科学基金(981038)资助
收稿日期:2001-03-04
够诱导植物细胞产生和积累一些蛋白分子和某些特
异性的小分子 ,如甜菜碱 、脯氨酸 、糖醇等参与渗透
胁迫调节 ,并能导致植物细胞凋亡和基因表达改
变[ 3 ～ 5] 。植物生长在较高浓度的 NaCl介质中时其
细胞中的生物大分子 DNA和蛋白质的正常功能受
到干扰 ,导致 DNA 分子的损伤[ 6 , 7] 。本文以大麦为
材料 ,进一步研究 NaCl浓度与大麦生长发育和染
色体异常之间的相关性 ,探讨植物体遗传结构与盐
环境的关系 ,为植物盐作用机理研究提供资料 。
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　根尖细胞有丝分裂标本的制备与镜检
蒸溜水浸种 , 滤纸法发芽 ,25℃恒温培养 。Na-
Cl处理浓度分别为 0 , 0.05 , 0.10 , 0.15 , 0.20 , 0.
25 ,0.30 mol/L。12h 换 1 次新培养液 。培养 24h
和48h 后迅速剪取幼苗根尖 ,用卡诺氏液固定 。制
片时 ,用 1mol/L 的 HCl酸解 ,卡宝品红染色 ,常规
压片 。每处理观察 10条根尖约 4000个细胞 。在显
微镜下分别统计分裂细胞数目 、具有微核和染色体
畸变的细胞数。
1.3　幼苗高度测量和叶片叶绿素含量的测定
大麦发芽同上 ,在 48h 后打开培养皿盖 ,室温
(21 ～ 27℃)下继续培养 。12h换 1次新培养液。培
养10d时测量幼苗高度和根尖至叶端的长度 ,每组
取 50株幼苗的平均值作为该组的长度。选各处理
组中整齐一致的幼苗剪取其叶片 ,采用丙酮提取比
色法 ,测定 663nm 和645nm处的光密度值 ,按公式:
总叶绿素=8.02×OD663 +20.2×OD645 ,计算叶绿
素含量。
2　结果与讨论
2.1　NaCl浓度与大麦幼苗生长分裂的相关性
灌溉水含盐的多少 ,对土壤能否盐碱化有直接
影响 ,并影响作物的生长发育 。根据以往实验 ,本文
选用 NaCl溶液浓度为 0.05 ～ 0.30 mol/L。表 1为
处理 10d时各组幼苗高度和根尖至叶端的长度 ,可
以看出 ,随着盐胁迫浓度的增大 ,对大麦幼根和幼苗
生长的抑制作用增强 , 0.20mol/L 和 0.30mol/L 的
盐处理组对大麦根生长的抑制分别超过 71%和
80%,对整个幼苗生长的抑制幅度达到 66%和 74%
以上 ,对根部的生长抑制强度高于根上部分。回归
分析表明 ,幼苗高度与 NaCl处理浓度间呈负线性
相关 ,相关系数 r=0.97 。
　　表 1 NaCl对大麦幼苗生长的影响
Table 1 Effects of NaCl on the growth of Hordeum vulgare seedlings
浓度
Concentration
/(mol/ L)
幼苗高度
Height of seedlings
/(cm)( x±s)
抑制率＊
Inhibited ratio/ %
根尖至叶端长度
Leng th of seedling and roo t
/(cm)( x±s)
抑制率＊
Inhibited ratio/ %
0 11.62±1.10 16.81±1.84
0.10 7.95±0.98 31.58 12.21±1.43 17.36
0.20 3.36±0.51 71.08 5.58±0.75 66.81
0.30 2.23±0.31 80.81 4.24±0.58 74.78
　　＊抑制率为对照组与处理组间差值除以对照值所得百分率
　　实验中还发现 ,盐处理组大麦幼根伸长区出现
褐色斑点 ,处理组的 NaCl浓度越高褐色斑点出现
越早 。褐色斑点在根部积累 、扩大 ,连成一体 ,使幼
根逐渐变为浅褐色。与此同时 ,检测到大麦幼苗叶
片叶绿素含量的变化见表 2 。
表2数据可以看出:0.10mol/L 处理组大麦叶
片叶绿素含量略有减少 ,叶绿素 a/b 比值与对照组
相同;高浓度组叶绿素含量明显减少 ,0.20mol/ L 与
0.30mol/L 盐处理组大麦叶片叶绿素 a 分别下降
37.32%和 39.29%,叶绿素 b 分别下降 19.90%和
20.90%,叶绿素 a/b比值下降 21.90%和 22.86%。
实验结果表明:幼苗叶绿素 a , b含量及叶绿素总量
(y)表现对 NaCl浓度(x)的负相关:y = - 0.12x
+1.16 ,线性相关系数 r =0.92 ,处理浓度越高其
中生长的大麦幼苗叶片叶绿素含量越低;高浓度对
叶绿素 a的破坏大于叶绿素b ,叶绿素 a/b比值随盐
胁迫浓度增大而减小 。高浓度盐胁迫对大麦幼苗叶
绿素的破坏 ,影响植物光合系统的正常功能 ,是盐处
理组幼苗生长缓慢的一个原因 。
5934 期　　　　　　　　　　仪慧兰等:盐胁迫浓度与大麦幼苗生长分裂和遗传损伤的相关性研究
　　表 2 NaCl对大麦幼苗叶片叶绿素含量的影响
Table 2 Effect of NaCl on chlorophyll content of Hordeum vulgare seedlings
浓度
Concentration
(mol/ L)
叶绿素 a
Chlorophy ll a
(mg/g 鲜重)
叶绿素 b
Chlorophy ll b
(mg/ g鲜重)
叶绿素总量
Chlo rophy ll content
(mg/ g鲜重)
叶绿素比值 a/b
0 0.5223 0.4976 1.0200 1.05
0.10 0.5090 0.4872 0.9962 1.05
0.20 0.3274 0.3986 0.7260 0.82
0.30 0.3171 0.3936 0.7107 0.81
　　NaCl浓度与大麦根尖细胞有丝分裂指数间的
关系用图 1 表示 ,可以看出:随着盐胁迫浓度的增
大 ,大麦幼根分生区细胞的有丝分裂指数降低 ,盐浓
图 1　NaCl浓度与大麦细胞有丝分裂指数的相关性
Fig.1　Relation be tw een the concentration and the
mitotic index of Hordeum vulgare incubated in NaCl solution
度与分裂指数间呈显著(p <0.01)的负相关。盐胁
迫 24h时有丝分裂指数(y 1)与盐浓度(x)间的负线
性关系为:y1 = - 45.65x +19.09 ,盐胁迫 48h 时
分裂指数 y2 与盐浓度(x)间的线性关系为:y2= -
53.13x +21.66。从两个线性关系式中可以看出 ,
盐胁迫时间延长时 ,直线斜率减小 ,说明根尖细胞分
裂指数对高浓度(0.30mol/L)的盐胁迫敏感 , 在盐
胁迫早期大麦幼根的分裂即受到明显的抑制 ,其它
低浓度盐胁迫组大麦根尖分裂指数表现对盐胁迫时
间的累积效应 ,随着处理时间的延长根尖细胞分裂
指数降低 。
从表 1 和图 1可以看出 ,大麦幼苗的高度与分
裂指数相对应 ,分裂指数高的处理组其幼苗生长较
快 ,反之则生长较慢。由于 NaCl浓度增大或作用
时间延长时处理组大麦分裂指数逐步降低 ,各不同
浓度处理组的有丝分裂指数间有显著或极显著的差
异[ 6] ,使 NaCl浓度增高时处理组幼苗高度呈梯度
降低 ,并且随着处理时间的延长各不同浓度组之间
的幼苗高度差异增大 。
2.2　NaCl浓度与大麦根尖细胞遗传损伤的相关性
在 NaCl溶液中生长的大麦幼苗 ,其根尖分生
区细胞中微核比率明显增高 ,并伴有染色体断片 、后
期染色体桥及不等分裂等异常分裂细胞的出现。1
个细胞中可检测到 1 ～ 2 个微核 。微核的大小是细
胞核的 1/4 ～ 1/5 ,被膜或无被膜。在各不同浓度的
盐处理组异常分裂细胞中具微核的细胞比例最高 ,
占40%～ 60%, NaCl 处理 24h 时盐浓度大于 0.
20mM 的各组与对照组间产生显著和极显著差异 ,
48h时 0.10mM 及以上浓度各组处理与对照间有显
著和极显著的差异。上述大麦根尖细胞中的微核千
分率(y3)与盐胁迫浓度(x)间的线性关系为:y3 =
35.91x-0.82 。将细胞分裂过程中检测到的染色体
断片 、染色体桥和染色体不等分裂作为染色体畸变
类型 ,统计发生染色体畸变的细胞数 ,回归分析结果
表明 ,染色体畸变细胞出现的千分率(y 4)与幼苗生
长环境中的 NaCl浓度(x)间存在正线性关系:y4 =
70.95x - 0.14 。根尖细胞微核率 、染色体畸变率
与盐胁迫浓度间呈显著的正相关(p <0.01 ,图 2和
图 3)。
图 2　NaCl浓度与大麦幼苗根尖细胞微核率的相关性
Fig.2 Relationship of NaCl concentration to the frequency
of micronuclei in roo t cells of Hordeum vulugare seedlings
从图 2和图 3中可以看出:NaCl处理浓度增大
或作用时间延长时 ,大麦幼根细胞的微核率与染色
594 　　　　　　植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　　　　21 卷
图 3 NaCl浓度与大麦根尖细胞染色体畸变率的相关性
Fig.3 Relationship of NaCl concentration to the frequency of
chromosomal aber ration in root cells of Hordeum vulugare
体畸变率随之增加 ,盐胁迫对大麦幼苗的遗传损伤
作用增强。NaCl 处理浓度与染色体畸变率间的线
性关系在处理时间延长时保持不变(图4),但是随
着处理时间的延长 ,直线的斜率增大 ,说明随着处理
时间的延长 ,盐胁迫组大麦幼根发生染色体畸变的
细胞增多 ,高浓度盐胁迫组在处理时间延长时染色
体畸变细胞增加较快 ,低浓度组增加较慢。
图 4　NaCl处理对大麦幼苗根尖细胞染色体畸变率的影响
Fig.4　Effect of NaCl on the frequecies o f chromosomal
aberration in roo t tips of Hordeum vulugare seedlings
从图 4中还可以看出 ,短期低浓度的 NaCl处理
对幼苗无明显的染色体畸变效应 ,而浓度较高或低
浓度作用时间较长时 ,对大麦的染色体具有显著的
断裂作用 ,是一种不可逆的损伤 ,其子细胞功能可能
异常 ,细胞分裂异常或停止分裂 ,表现为大麦幼苗尤
其是幼根的生长抑制 ,甚至死亡。
盐胁迫组大麦根尖细胞染色体畸变率增高时 ,
有丝分裂指数却降低 。说明盐胁迫使大麦的细胞周
期延缓 ,阻滞细胞向分裂态转化;同时由于部分根尖
细胞遗传物质受到破坏不再进行分裂 ,这也是分裂
指数下降的一个原因 。
盐胁迫能够延长大麦的细胞周期 ,使 DNA 链
间交换机会增多 ,姊妹染色单体交换(SCE)频率升
高[ 5] 。生长环境中高浓度的 NaCl能够引起根部细
胞离子吸收和分配的紊乱 ,导致胞内原有结构和功
能的改变 ,进而导致 DNA 修复错误或抑制 ,产生
SCE或者断裂 ,后者在细胞分裂中形成染色体断
片 、微核等 。NaCl处理引起的水分胁迫使细胞内过
氧化物含量增加 ,通过 Haber-Weiss反应形成毒性
很高的羟基 ,它可能损害 DNA 分子 ,产生染色体畸
变;还会影响蛋白质合成和稳定性 ,导致代谢紊乱和
细胞死亡 ,期间某些核酸酶活性改变[ 3] ,引起 DNA
分子剪切 ,也是形成盐胁迫组大麦根尖微核和染色
体畸变频率增高的原因。
上述实验结果表明:盐胁迫浓度与大麦幼根分
裂指数 、微核率以及染色体畸变率间有很好的线性
关系 ,因此 ,大麦根尖细胞有丝分裂指数 、微核率和
染色体畸变率可以作为监测环境 NaCl的定量指
标 ,指示植物生存环境中的 NaCl含量。
参　考　文　献
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