利用微核技术、TBA显色法、电导率仪法、NBT还原法和愈创木酚法等研究技术，对铅胁迫下马尾松染色体损伤及生理指标变异进行相关分析的研究。结果表明： 1）不同浓度的铅胁迫对马尾松微核率的影响经t检验与对照相比均达到极显著差异。2）随铅浓度的加大，微核率、MDA、细胞伤害度、SOD和POD值逐渐上升，在铅浓度为2 000 mg·L-1时，MDA、细胞伤害度、SOD和POD值达到最高值，超过这个阈值，随着铅浓度的逐渐加大，MDA、细胞伤害度、SOD和POD值开始下降，说明马尾松的自身的抗氧化酶系统对Pb2+毒害的保护作用有限度。3）铅浓度与微核率回归采用Cubic模式； 微核率与伤害度，微核率与MDA，MDA与伤害度，MDA与POD回归采用S模式； MDA与SOD，SOD与POD回归采用Inverse模式回归时，预测相互间变化效果最佳，相关性可以达到显著或极显著水平。
This paper employed several research techniques, including micronucleus technology, TBA reaction method, conductivity meter method, NBT reduction and guaiacol method, to investigate changes in physiological parameters related to chromosome damage of Pinus massoniana under lead stress and analyzed the correlations between the traits. The results showed that: 1) Different concentration leads significantly affected micronucleus rate of P. massoniana compared with the untreated control by t test. 2) With increasing concentration of lead, micronucleus rate, MDA, cell injury, SOD and POD activities gradually increased. The treatment with 2 000 mg·L-1 lead, brought about the highest MDA content, cell injury, SOD and POD activities, and over the concentration of lead, MDA content, cell injury, SOD and POD activities began to decline with gradually increasing lead concentration, suggesting that the antioxidant enzyme systems had limited capacity in protecting the plants from Pb2+ toxicity. 3) Regression analyses showed that correlation between lead concentrations and the micronucleus rate fitted a Cubic model; correlations between micronucleus rate and degree of damage, between micronucleus rate and MDA, between MDA and the degree of damage, between MDA and POD took a S model; and MDA and SOD, SOD and POD regressions with an Inverse model best predicted changes in each other.The relationships were significantly or very significantly correlated.
全 文 ：第 !" 卷 第 # 期
$ % & % 年 # 月
林 业 科 学
’()*+,)- ’)./-* ’)+)(-*
/012!"!+02#
-345!$ % & %
铅胁迫下马尾松微核率与生理指标变化的相关分析
吴若菁&6 庄6捷$6 陈清松76 陈文萍&
"&2福建师范大学生命科学学院6福州 79%&%## $2福建商贸学校6福州 79%%%8#
72福建师范大学化学与材料学院6福州 79%%%8$
摘6要!6利用微核技术%,D-显色法%电导率仪法%+D,还原法和愈创木酚法等研究技术!对铅胁迫下马尾松染色体
损伤及生理指标变异进行相关分析的研究& 结果表明’ &$不同浓度的铅胁迫对马尾松微核率的影响经 -检验与对照
相比均达到极显著差异& $$随铅浓度的加大!微核率%
归采用 (3IHT模式# 微核率与伤害度!微核率与
关键词’6马尾松# 幼苗# 铅胁迫# 微核率# 生理指标# 回归分析
中图分类号! ’8A&& OA!9666文献标识码!-666文章编号!&%%& C8!##"$%&%#%# C%%8# C%"
收稿日期’ $%%A C&% C&A# 修回日期’$%&% C%" C%$&
基金项目’ 福建省自然科学基金项目"$%%#N%%"9$ &
!"%%&.-0*"()8&0;&&("1Z*9%"(/9.&/)H-0&-(<7’4)*"."6*9-.!’-(6&)
"12"#/,.),,&#")#) *(H&)$"()&0" V&-<20%&))
=3 >30lHG4&6mK3FG4NHL$6(KLG OHG4P0G476(KLG =LG?HG4&
"&2J)A+’+)4O&4+M9&+$9+,!(7%&#$ ")*3#A/$&0+*,&-.6(7W6)7 79%&%## $2(7%&#$ =7,&$+,,M96))A6(7W6)7 79%%%8#
72J)A+’+)4J6+3&,-*.#$K B#-+*&#A,M9&+$9+,!(7%&#$ ")*3#A/$&0+*,&-.6(7W6)7 79%%%8$
58)0%-90’6,KHP?F?LRLU?10XLS PLWLRF1RLPLFRTK QLTKGH]3LP! HGT13SHG4UHTR0G3T1L3PQLTKG0104X! ,D-RLFTQH0G ULQK0S!
T0GS3TQHWHQXULQLRULQK0S! +D,RLS3TQH0G FGS 43FHFT01ULQK0S! Q0HGWLPQH4FQLTKFG4LPHG ?KXPH0104HTF1?FRFULQLRPRL1FQLS
Q0TKR0U0P0ULSFUF4L0VMHG3PUFPP0GHFGF3GSLR1LFS PQRLPPFGS FGF1X[LS QKLT0RRL1FQH0GPILQYLLG QKLQRFHQP5,KLRLP31QP
PK0YLS QKFQ’ &$ EHVLRLGQT0GTLGQRFQH0G 1LFSPPH4GHVHTFGQ1XFVLTQLS UHTR0G3T1L3PRFQL0V8!3#,,)$&#$# T0U?FRLS YHQK QKL
3GQRLFQLS T0GQR01IX-QLPQ5$$ =HQK HGTRLFPHG4T0GTLGQRFQH0G 0V1LFS! UHTR0G3T1L3PRFQL!
TF?FTHQXHG ?R0QLTQHG4QKL?1FGQPVR0U MI$ : Q0gHTHQX57 $ >L4RLPPH0G FGF1XPLPPK0YLS QKFQT0RRL1FQH0G ILQYLLG 1LFS
T0GTLGQRFQH0GPFGS QKLUHTR0G3T1L3PRFQLVHQLS F(3IHTU0SL1# T0RRL1FQH0GPILQYLLG UHTR0G3T1L3PRFQLFGS SL4RLL0V
SFUF4L! ILQYLLG UHTR0G3T1L3PRFQLFGS
:&4 ;"%<)’6 8&$7,3#,,)$&#$## PLLS1HG4P# 1LFS PQRLPP# UHTR0G3T1L3PRFQL# ?KXPH0104HTF1HGSLg# RL4RLPPH0G FGF1XPHP
66铅是五毒元素之一!多与锌矿%铜锌矿伴生& 随
着矿产资源的开发!铅对山地土壤的污染和对植物
的毒害作用日益严重!有关铅胁迫对草本植物和农
作物生理生化特性的影响以及抗性机制的研究!国
内外已有不少报道 "Z3??LR+-#A5!&AA"# <0RL1H+-
#A5!$%%&# 詹洁等!$%%A# 姚广等!$%%A# 谢传俊等!
$%%#$!而有关林木方面则研究较少 "王连芳等!
$%%A$& 研究重金属对林木的影响和筛选抗性较强
的树种!通过造林达到既绿化荒山又能吸收%富集山
地土壤中的重金属!修复受污染山地的目的& 马尾
松"8&$7,3#,,)$&#$#$是我国南方荒山的先锋造林
树种和主要用材林树种!但是马尾松对铅胁迫的遗
6第 # 期 吴若菁等’ 铅胁迫下马尾松微核率与生理指标变化的相关分析
传变异和生理生化变化!以及这些指标间的变化相
关性!目前还尚未见到报道& 本文拟开展这方面的
研究!为马尾松在污染矿区的荒山造林和进一步开
展马尾松的抗性选择育种提供相关的试验依据&
&6材料与方法
=>=?马尾松苗木的培育
马尾松种子由福建省林业厅种苗站提供& 醋酸
铅采用国产分析纯& 选择饱满%大小均匀的马尾松
种子浸种 $! K!播种于湿沙中"沙子先用 7o@(1溶
液浸泡 & 星期!用流水冲洗干净!再用去离子水漂洗
后烘干$$! b恒温催芽!中间酌情补充水分& 将萌
发的种子和幼苗按照试验的不同要求分别进行胁迫
处理!幼苗处理期间每隔 7 天浇 & 次 @0F41FGS 营养
液"连兆煌!$%%$ $& 所有试验的每个处理重复 7
次!对照均采用去离子水处理&
=>@?试验方法
&2$2&6铅胁迫下马尾松根尖微核率的观察6用去
离子水配制浓度为 &%%!& %%%!$ %%%!7 %%% U4*.C&
的单一醋酸铅溶液& 待马尾松种子幼根长至约
%29 _%2# TU时!进行不同的胁迫处理 $! K!微核率
的测定采用吴若菁等 "$%%8$的方法& 每个处理随
机观察 $ %%% 个左右的细胞!7 次重复& 采用 ’^&%%
型 +H\0G 显微镜进行观察&
&2$2$6铅胁迫下马尾松幼苗生理生化指标变化的
测定6待苗高 ! TU时挖取长势一致的马尾松幼苗
移植于统一规格的花盆中!用去离子水将醋酸铅配
制成不同浓度处理液!使沙培盆栽中铅的污染水平
分别处于’ &%%!& %%%!$ %%%!7 %%% U4*.C&!对马尾
松幼苗进行胁迫处理& 每盆每隔 $! K 喷洒 & 次处
理液!每隔 7 天浇 & 次 @0F41FGS 营养液!处理 8 天
后!取样测定各项生理生化指标!每处理测定 7 次&
对照采用去离子水培养幼苗&
率仪法!伤害度 e"处理电导率 C空白电导率$f"煮
沸电导率 C空白电导率$ "李合生等!$%%&$# ’dE
活性的测定采用氮蓝四唑 "+D,$还原法 "李合生
等!$%%&$# MdE活性的测定采用愈创木酚法"张志
良等& $%%7$&
&2$276数据处理与分析6试验数据采用 ’M’’&72%
软件进行方差分析和 -检验!并进行浓度%微核率%
"O3FSRFQHT$! 混 合 曲 线 "(0U?03GS $! 生 长 曲 线
";R0YQK$!三次曲线"(3IHT$!’ 曲线" ’$!指数曲线
"*g?0GLGQHF1$!反曲线")GWLRPL$!幂函数"M0YLR$!拟
合 .04HPQHT 曲 线 模 块 " .04HPQHT$! 对 数 曲 线
".04FRHQKUHT$& 最后根据实际观测值与不同模式回
归的吻合结果!筛选出最佳的回归方程&
$6结果与分析
@>=?胁迫条件下马尾松幼苗根尖细胞的微核率
变化
在遗传毒理学研究中!细胞微核率常用作评价
各种物质对染色体损伤的指标"李龙等!$%%"$& 试
验结果表明’ 在铅胁迫下!马尾松幼苗根尖细胞有
的会产生染色体端部断裂!进而形成后期桥和断片
"图 &!箭头所指为断片$& 有的则产生落后染色体
"图 $$!这些染色体断片和落后染色体最终形成微
核"图 7$& 随着铅浓度的上升!细胞的微核率急剧
上升"图 !$!在铅浓度达到 7 %%% U4*.C&时!微核率
图 &6染色体桥断裂及断片" c"%%$
JH45&6(KR0U0P0ULIRHS4LIRLF\F4LFGS
VRF4ULGQ" c"%%$
图 $6落后染色体" c"%%$
JH45$6.F44HG4TKR0U0P0ULP" c"%%$
图 76微核" c"%%$
JH4576
林 业 科 学 !" 卷6
达到最高值& 对不同浓度的胁迫处理结果进行方
差分析!表明铅对微核率的影响"(e&792A!#!8e
%2%%%$达到极显著差异& 此外!将不同处理的结果
与对照进行 -检验!结果均达到极显著差异&
图 !6铅对细胞微核率的影响
JH45!6)GV13LGTL0V1LFS 0G TL1UHTR0G3T1L3PRFQL
图 96铅对马尾松
JH45"6)GV13LGTL0V1LFS 0G 8!3#,,)$&#$# SFUF4LSL4RLL
@>@?胁迫条件下马尾松生理生化指标的变化
$2$2&6
性程度"李合生等!$%%&$& 在铅的胁迫下!马尾松
幼苗的
U4*.C&时!$ 者达到最大值& 而当铅浓度 B$ %%%
U4*.C&时!随着铅浓度的增加!
胞质膜的伤害达到一定程度时!导致质膜的选择性
通透屏障被严重破坏!膜体系崩溃!反而出现下降
趋势&
$2$2$6’dE和 MdE的变化6对铅胁迫状态下的马
尾松幼苗进行 ’dE和 MdE测定!结果见图 8!#& 可
以看出随着铅浓度的升高!马尾松幼苗的 ’dE和
MdE 活 性 呈 现 先 升 后 降! 在 铅 浓 度 为
$ %%% U4*.C&时!$ 者达到最高值!而后随着铅浓度
的继续升高!开始下降& 其原因可能是铅的胁迫毒
害作用超过马尾松的耐受力时!会抑制 ’dE和 MdE
活性!所以出现先升后降现象&
图 86铅对马尾松 ’dE活性的影响
JH4586)GV13LGTL0V1LFS 0G 8!3#,,)$&#$# ’dEFTQHWHQX
图 #6铅对马尾松 MdE活性的影响
JH45#6)GV13LGTL0V1LFS 0G 8!3#,,)$&#$# MdEFTQHWHQX
图 A6铅浓度与微核率的 (3IHT回归模拟
JH45A6,KLPHU31FQLS (3IHTRL4RLPPH0G ILQYLLG
1LFS T0GTLGQRFQH0G FGS UHTR0G3T1L3PRFQL
@>A?胁迫状态下马尾松各项指标间的回归分析
通过采用 &$ 种不同的回归模式对各项指标间
进行分析!筛选出最佳的回归模式见表 &!图 A _&9&
$272&6铅胁迫下浓度与微核率间的回归分析6对
不同铅胁迫浓度对微核率的影响进行不同模式的回
归分析结果发现’ 当采用 (3IHT模式时效果最佳
"图 A$!即 Pe!2!$A :%2%%"Z:$27A! c&% C"Z$ C
92" c&% C&%Z7 时"P为微核率!Z为浓度$!浓度与核
%#
6第 # 期 吴若菁等’ 铅胁迫下马尾松微核率与生理指标变化的相关分析
异常率之间的相关性 *e%2A#9 时!8e%2%!"!达到 显著相关&
表 =?浓度(微核率与各项生理指标间最佳回归模式!
B-8C=?B’&"$0*#-.%&6%&))*"(#"<&.-#"(6 9"(9&(0%-0*"()#*9%"(/9.&/)%-0&-(<+-%*"/)$’4)*"."6*9-.*(<*9-0"%)
回归分析 最佳模式 相关系数 标准误 显著性水平
>L4RLPPH0G FGF1XPHP
d?QHUF1RL4RLPPH0G
U0SL1P
(0RRL1FQH0G
T0LVHTHLGQ"R$
’QFGSFRS
LRR0R" ’*$
MR0IFIH1HQX
"8$
浓度与微核率 (0GTLGQRFQH0G FGS UHTR0GFT1L3PRFQL (3IHT %2A#9 $2AA" %2%!"#
微核率与
66" #!相关性达到显著性水平 EHVLRLGTLHPPH4GHVHTFGQFQQKL%2%9 1LWL1# ##! 相关性达到极显著性水平 EHVLRLGQHPPH4GHVHTFGQFQQKL%2%&
1LWL15
$272$6铅胁迫下微核率与
拟 回 归 见 图 &%& 微 核 率 与 伤 害 度 采 用
PeLA2A8$ C%2A$#fZ时! $ 者的相关性 *e%2##$! 8e
%2%!#!达到显著相关!其模拟回归见图 &&&
图 &%6微核率与
UHTR0G3T1L3PRFQLFGS
JH45&&6,KLPHU31FQLS ’ RL4RLPPH0G ILQYLLG
UHTR0G3T1L3PRFQLFGS TL1SL4RLL0VHGl3RX
$27276铅胁迫下
分别 是’
极显著相关!其模拟回归见图 &$&
图 &7&
显著相关!其模拟回归见图 &!&
图 &$6
不同模式对 ’dE与 MdE的回归结果可见 $ 者间的
最佳回归模式为 )GWLRPL模式!即当 Pe#7!2!79 C
&% !A&2#CZ"P为 ’dE!Z为 MdE$时!它们的相关性
*e%2A&8!8e%2%$A h8e%2%9!$ 者相关性达到显
著!其模拟回归见图 &9&
&#
林 业 科 学 !" 卷6
图 &76
ILQYLLG
JH45&96,KLPHU31FQLS )GWLRPLRL4RLPPH0G
ILQYLLG ’dEFGS MdE
76讨论
A>=?铅对马尾松根尖细胞染色体的损伤机制
本试验的结果表明’ 铅会使马尾松细胞的遗传
物质 C染色体产生结构损伤!出现微核& 这与前人
的报道是相符的"辛晓芸等!$%%!$& 其损伤机制之
一是’ 高浓度的MI$ :能完全竞争出核糖核酸酶中的
(F$ :!从而与核糖核酸酶结合!使核糖核酸酶的二
级结构遭到严重破坏"洪法水等!$%%7$!降低 E+FPL
的活性!并与核酸的碱基结合引起核酸立体结构的
变化!使正在分裂的细胞发生染色体畸变" ’KFKHG +-
#A2!&AA&$& 损伤机制之二是’ MI$ :的电荷可以诱导
植物体内产生大量的*d$!@$d$!*d@等活性氧自
由基";30+-#A2!$%%!$!这些活性自由基会对糖残
基进行攻击!引起 E+-的碎裂%碱基丢失和有末端
糖残基片段的链断裂!导致产生上述的染色体结构
损伤现象& 在本试验中随着铅胁迫的浓度加大微核
率逐渐加大!即染色体结构损伤加重的现象& 回归
分析的结果也进一步证实铅浓度与微核率间的相关
性具有显著性&
A>@?铅对马尾松幼苗针叶质膜体系的损伤机制
试验结果证明铅的胁迫除了会导致马尾松染色
体结构损伤外!还会使马尾松细胞产生质膜损伤!表
现出随着铅胁迫浓度增加!
大量活性氧会使细胞原生质膜中的不饱和脂肪酸发
生过氧化作用产生
导率加大!质膜伤害度也随着铅浓度的增加而逐渐
加大& 但是!当浓度增加到质膜体系被严重破坏时!
质膜的选择性通透屏障则失去作用!此时会随着铅
浓度增加!
这也是膜损伤的重要原因之一&
对
命活动所需的物质转录受到抑制!影响到了细胞修
复功能& 因此!当醋酸铅浓度为 7 %%% U4*.C&时!微
核率为最高值!而此时
A>A?马尾松幼苗对铅胁迫的抗性机制
对马尾松生理生化不同指标的测定结果表明’
面对铅胁迫导致的各种损伤!马尾松自身会产生不
同的应激反应!启动不同抗性机制!以便进行自我保
护& 在马尾松的耐受极限范围内!随着胁迫的加重!
马尾松体内抗氧化酶系统的机制被激发!超氧化物
歧化酶"’dE$活性和过氧化物酶"MdE$含量上升&
’dE是生物体内防御氧化损伤重要的金属酶之一!
其功能是将 dC*$ 歧化为 @$d$!从而阻止或减少 d
C*
$
自由基对植株生长的破坏& ’dE活性在一定范围
$#
6第 # 期 吴若菁等’ 铅胁迫下马尾松微核率与生理指标变化的相关分析
内与细胞内的活性氧自由基水平呈正相关"尹永强
等!$%%8$& 而MdE则利用@$d$ 来催化对植物自身
有毒害过氧化物"MdE底物$的氧化和分解以维持
自身的正常代谢& 对 ’dE与 MdE进行回归分析的
结果也证明 $ 者间具有显著的相关性&
试验结果还表明’ 当活性氧水平超过马尾松自
身抵御极限时!过多的活性氧会导致严重的遗传物
质损伤和质膜系统损伤进而影响到相关酶蛋白的合
成& 从试验数据中可以看出’ ’dE和 MdE活性与
核率处于最高值 7%2!o!即遗传损伤最大时!出现
下降趋势& 说明以 ’dE和 MdE为代表的抗氧化酶
系统对 MI$ :毒害的保护作用是有限度的& 将
&$ 单一铅胁迫处理对马尾松微核率的影响!经
-检验与对照相比均达到极显著差异& 随着铅胁迫
浓度的增加!微核率呈现逐渐上升趋势&
$$ 在铅胁迫下!随铅浓度的加大!
$ %%% U4*.C&时达到最高值!超过这个阈值!随着铅
浓度的逐渐加大!
MI$ :毒害的保护作用是有限的&
7$ 不同模式的回归分析结果表明’ 铅浓度与
微核率采用 (3IHT模式# 微核率与伤害度!微核率
与
显著或极显著水平&
参 考 文 献
洪法水!王6玲!吴6康!等5$%%75MI$ :对核糖核酸酶活性及其结构
的影响5化学学报!"&"&$ ’ &&8 C&$&5
李合生5$%%&5植物生理生化实验原理和技术5北京’ 高等教育出版
社!&"8 C&"A!$"% C$"75
李6龙!陈家&5$%%"5现代毒理学实验技术原理与方法5北京’ 化学
工业出版社!7& C795
连兆煌5$%%$5无土栽培原理与技术5北京’ 中国农业出版社!985
王晶英!敖6红!张6杰5$%%75植物生理生化实验技术与原理5哈尔
滨’ 东北林业大学出版社!&7$ C&7#5
王连芳! 徐学华!李玉灵!等5$%%A5铅胁迫对六种绿化树种叶片生理
生化特性的影响5河北农业大学学报!7$"$$ ’ $A C775
吴若菁!陈奋飞!庄6捷!等5$%%85’d$ 的衍生物对泥鳅的急性毒性
和染色体损伤研究5水生生物学报!7&"!$ ’9#9 C9#A5
姚6广!高辉远!王未未!等5$%%A5铅胁迫对玉米幼苗叶片光系统功
能及光合作用的影响5生态学报!$A"7$ ’ &&"$ C&&"A5
尹永强!胡建斌!邓明军5$%%85植物叶片抗氧化系统及其对逆境胁迫
的响应研究进展5中国农学通报!$7"&$ ’ &%9 C&&%5
谢传俊!杨集辉!周守标!等5$%%#5铅递进胁迫对假俭草和结缕草生
理特性的影响5草业学报!&8"!$ ’ "9 C8%5
辛晓芸!桑6楠!郑国柱5$%%!5铅诱发蚕豆根尖细胞的遗传损伤5环
境与健康杂志!$&""$ ’ !%% C!%&5
张志良!瞿6伟5$%%75植物生理学实验指导5北京’ 高等教育出版
社!&$7 C&$!5
;30,>!mKFG4;M!mK03 < n!+-#A5$%%!5*VLTQP0VF13UHG3UFGS
TFSUH3UQ0gHTHQX0G 4R0YQK FGS FGQH0gHSFGQLG[XULFTQHWHQHLP0VQY0
IFR1LX4LG0QX?LPYHQK SHVLRLGQ-1Q01LRFGTL5M1FGQFGS ’0H1!$9#"&$ ’
$!& C$!#5
Z3??LR@!Z3??LRJ!’?H1LR<5&AA"5*GWHR0GULGQF1RL1LWFGTL0VKLFWX
ULQF1jP3IPQHQ3QLS TK10R0?KX1P3PHG4QKLLgFU?1L0VYFQLR?1FGQP5
*g? D0Q!!8’ $9A C$""5
<0RL1H*! ’TFRFG0;5$%%&5’XGQKLPHPFGS PQFIH1HQX0VG3UILRHTF1
TKR0U0P0UF1IX TFSUH3U FGS 1LFS HG QKL UFRHGL SHFQ0U
86#+)K#9-.A73-*&9)*$7-735
’KFKHG ’ -!*)j-U00SHZ@5&AA&5)GS3TQH0G 0VG3UILRHTF1TKR0U0P0UF1
FILRRFQH0GPS3RHG4E+-PXGQKLPHP3PHG4QKLV3G4HTHSLPGHUR0S FGS
R3IH4FGj! HG R00QQH?P0VY&9&# 4#-# .5<3QFQ>LP!$"&’ &"A C&8"5
!责任编辑6王艳娜"
7#