全 文 ：广 西 植 物 Guihaia 31(1)：102— 106 2011年 i月
DOI：i0．3969／j．issn．1000—3142．2011．01．021
应用蚕豆根尖细胞微核技术评价广西
平乐锰矿废弃地土壤的污染状况
赵志国1，郭红娟2，王任翔2，3
(1． 篝 广西植物研究所，广西桂林54106；2．广西师范大学生命科学学院，
广西 桂林 541004；3．广西环境工程与保护评价重点实验室，广西 桂林 541004)
摘 要 ：分别选取废弃地上的花生地、柿树地、柑桔地和桃树地等 4个采样点进行调查和监测，测定了各采样
点土壤浸提物的蚕豆根尖细胞微核千分率(MCN％。)和污染指数(PI)，应用蚕豆根尖细胞微核技术对广西平
乐锰矿废弃地土壤的污染状况进行了评价，并对造成土壤污染 的原因进行 了分析讨论。结果表明，用浸提法
处理的4个采样点土壤的根尖细胞微核千分率(MCN‰)均明显高于对照组(P
地土壤均存在不同程度的污染，在锰矿废弃地土壤上早期不宜种植食用的农作物。
关键词 ：蚕豆根尖细胞微核技术 ；锰矿废弃地 ；土壤污染；污染指数 ；广西
中图分类号 ：Q945 文献标识码 ：A 文章编号 ：1000—3142(2011)01—0102—05
Evaluation on soil pollution in Pingle M anganese
Mine of Guangxi using Vicia faba root-tip
cells ~ aucleus testingnucron
ZHAO Zhi-Guo ，GUO Hong-Juan2，WANG Ren-Xiang ，0
(1．Guangzi Institute of Botany，Guangxi Zhuang Autonomous Region and the Chinese Academy of Sciences，Guilin 541006，
China；2．College of Li Sciences，Guangxi Normal University，Guilin 541004，China；3．The Guangxi Key
Laboratory of Environmental Engineering，Protection and Assessment，Guilin 541004，China)
Abstract：In order to study the polution status of soil in Pingle Manganese Mine wasteland of Guangxi，four sampling
plots respectively in peanut field，persimmon field，orange field and peach field were selected and investigated，the PI and
MCN％o of root-tip cels under soil extracts from al plots were determined．By using micronucleus test technique of V／一
cia faba root-tip cels，this paper evaluated the pollution status of soil in Pingle Manganese Mi ne wasteland of Guangxi，
and analyzed the reasons that might Cause soil polution．The results showed that the MCN％q of root-tip cels ofv．faba
treated with the soils by means of maceration was obviously higher than that of the cels treated th the negative control
group(P<：O．05)；orange field was under the most serious pollution，the PI had reached up to 2．93，while peanut field got
the least，the P1 was 1．97．In conclusion，these indicated that the soil in this wasteland was more or less polluted，sug—
gesting that it’S not suitable for crops at the early stage of farming．
Key words：Vicia知ba；micronucleus technique；manganese mine wasteland；soil pollution；Guangxi
收稿日期：2O10—06—13 修回日期：2010—12一O6
基金项目：国家自然科学基金(31060030)；广西环境工程与保护评价重点实验室研究项目(桂科能O8O2ko12)[supported bytheNational
Natural Science Foundation 0f China(31060O30)；the Research Fund of Guangxi Key Laboratory of Environmental Engineering，Protection
and Assessment(GKN0802k012)]
作者简介：赵志国(1964一)，男，河北抚宁人，副研究员，主要从事植物生理及植物保育等研究，(E-mail)kfc@gxib．cn a
通讯作者(Author for c0resp0ndence，E—mail：wrx05@126．com)
1期 赵志国等：应用蚕豆根尖细胞微核技术评价广西平乐锰矿废弃地土壤的污染状况 103
矿藏开采对我国经济发展有着举足轻重的作
用 ，但也给生态环境带来严重破坏 。重金属污染是
矿区普遍存在且最为严重 的问题之一 ，矿地与尾矿
的自然恢复是相当缓慢的，有些甚至是不大可能自
然恢复的(夏汉平等，2002)。广西是著名的“有色金
属”之乡，其锰矿开采规模与强度居全国之首。广西
平乐锰矿属中型露天锰 矿，距桂林市约为 110 km。
该锰矿于20世纪 5O年代末开始开采，因矿产资源
日趋枯竭 ，近年 已停止开采。 目前广西平乐锰矿矿
区大部分地段已进行了复垦工作，锰矿废弃地种植
的农作物主要有花生、柿、柑桔和桃等。由于传统粗
放型开采，广西平乐锰矿矿区及周边生态环境遭受
了严重的污染和破坏，锰矿废弃地土壤上种植的农
作物对人和动物的健康是否有危害一直是人们关心
的问题 。因此，对锰矿废弃地及周边 土壤安全性的
监测和评价就显得尤为重要。
蚕豆(gicia faba)是一种很好的细胞遗传学研
究材 料。蚕豆 根 尖 的微 核 试 验 是 Degrassi＆
Rizzzoni(1982)正式介绍的，他们的研究指出该技术
具有准确、快速、有明显的剂量一效应关系等特点，
操作简便。1986年蚕豆根尖微核技术被中国环保
局列为一种水环境生物测试的规范方法，是环境致
突变性的主要检测手段(臧宇等，1999)。近年来，我
国对铅锌矿、铜矿等金属矿的研究报道较多，但关于
锰矿的研究报道不多。杨胜香等(2006，2007)、赖燕
平等(2007)报道了用化学方法监测广西平乐锰矿矿
区废弃地的土壤污染物和植物对重金属的积累与危
害的研究结果。但 尚未有从土壤污染物对生物遗传
物质直接影响的角度评价广西平乐锰矿废弃地土壤
污染状况的研究报道。广西耕地资源紧缺、生态环
境脆弱，采矿废弃地的恢复任务十分紧迫。因此，本
文对广西平乐锰矿恢复区种植的食用农作物进行采
样分析 ，着重应用蚕豆根尖细胞微核检测技术对广
西锰矿废弃地土壤的污染状况进行 评价 ，为矿业废
弃地土壤的安全性评价以及生态恢复模式的选择提
供科学依据 。
1 材料与方法
样品采集点。分上层 (0～20 era)和下层(20～40
cm)分别采取土壤样品。按梅花型布点法随机采
集，每个样品由5个子样混合而成。土壤经风干、碾
碎、弃去石块残根等杂物，用四分法留取足够用量的
样品，储存待测。
1．2土壤浸提液制备
按金波等(1992)方法制备土壤浸提液 。具体是
将各土壤分别称取 100．00 g，放人 500 mL三角瓶
中，加蒸馏水 250 mL，充分震荡 ，静置浸提 24 h，取
上清液备测。
1．3材料处理与恢复
选用松滋青皮蚕豆(gicia faba)。选择粒大饱
满、大小均匀的蚕豆种子置于盛有蒸馏水的烧杯中，
在 25℃下浸泡 24 h，此间至少换水两次 。种子吸水
膨胀后 ，用纱布裹置磁盘 中，保持湿度，在 25℃温箱
中培养。当根长到 2-3 cm时 ，选取根长一致(约 1
～ 2 cm)的种子，使其根尖浸入土壤浸提液中处理
24 h，同时以蒸馏水做阴性对照。用蒸馏水冲洗种
子及其根尖 3次，然后置于蒸馏水中恢复培养 24 h。
1．4细胞学观察
把恢复培 养后的种子取 出，切下约 1 cm 的根
尖 ，分别置于瓶中，用卡诺 氏固定液 (无水 乙醇 ：冰
醋酸一3：1)固定 24 h。固定后，把根尖用蒸馏水
浸洗 2次 ，用 1 mol·L- HC1于 6O℃下水解 10～
15 min；卡宝品红染色，进行常规制片，用光学显微
镜进行观察，并用 Nikon DXM1200C数码显微相机
拍摄照片。
1．5统计与数据处理
每次观察 1 000个细胞 ，统计含微核的细胞数，
每个处理组统计 5次，分别计算微核细胞个数和微核
率(MCN‰)；计算平均值及标准差。采用 检验对不
同处理组与阴性对照组间的差异显著性进行分析。
微核率(MCN‰)==细胞中含有微核的细胞数／
被观察的细胞总数 ×lOOO％o
环境污染指数(PJ)一样品微核率的平均值／对
照组微核率的平均值
2 结果与分析
1‘ 土壤 乏 。 、*⋯、 2。1各采样点土壤的蚕豆根尖微核率 209年9月在广西平乐锰矿矿区进行了调查 ⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯一
采样。根据矿山开采和农作物种植的实际情况，在 对选取的花生地、柿树地、柑桔地和桃树地等 4
矿区设花生地、柿树地、柑桔地和桃树地等 4个土壤 个采集点的不同样品进行检测，重复处理 5次，以蒸
104 广 西 植 物 3l卷
馏水做阴性对照。各处理样品引起的蚕豆根尖细胞
微核千分率的检测结果详见表 1。
2．2各采样点土壤的污染评价
污染程度划分标准根据《全国生物技术检测规
范——蚕豆根尖微核技术 》规定 的污染指数划分标
准 ，采用污染指数(PJ)值来划分受污染程度。此方
法可避免因实验条件等因素带来的 MCN‰本底的
波动。PI值在 0～1．5区间为基本无污染，1．5～
2．0区间为轻度污染，2．0～3．5区间为中度污染，
3．5以上为重度污染。
表 1 不同样品的检测结果 (MCN ‰)
Table 1 The result of the micronucleus frequency
花生地
Peanut field
柿树地
Persimmon field
柑桔地
0range field
桃树地
Peach field
蒸馏水(对照)
DistiI】ed water
上层 (0~20 cm)
下层 (2O～40 cm)
上层 (0~20 cm)
下层 (2O～40 cm)
上层 (O～20 em)
下层 (2O～40 em)
上层 (O～2O cm)
下层 (20~40 cm)
12．87
11．O8
17．23
7．95
17．74
9．65
18．04
9．23
6．17
1O．25
10．16
15．85
1O．12
18．21
10．17
17．41
9．96
5．74
11．91
9．89
16．69
8．78
18．87
8．75
19．O8
11．13
5．81
12．75
8．73
17．16
9．7l
16．97
10．68
15．97
8．65
6．15
11．14
11．22
18．1l
10．074
15．93
10．27
15．83
8．84
6．07
表 2 广西平乐锰矿废弃地土壤蚕豆根尖微核率(MCN‰)和污染指数(PI)
Table 2 The micronucleus frequency and polution index of Vicia faba root tip cells
treated by soil from the Pingle Manganese M ine of Guangxi
注；一 表示差异显著(P<0．05)。 Notes：一 Significant differences(P
果及与蒸馏水对照组差异显著性分析 (t一检验)结果
见表 2。对照污染指数划分标准 ，从表 2中可 以看
出，花生地上层和下层土壤 PI值在 1．5～2．0，均为
轻度污染；柿树地、柑桔地和桃树地上层土壤 PI值
在 2．0～3．5，为中度污染，下层土壤 PI值在 1．5～
2．0，为轻度污染 。
通过对各采样点土壤污染指数(表 2)的分析可
知 ，各采样点土壤引起的微核率中，上层土壤均比下
层土壤诱导的蚕豆根尖细胞微核率高，但上层土壤
与下层土壤诱导的蚕豆根尖细胞微核率并不成正相
关性，柿树地、桃树地和柑桔地上下层土壤蚕豆根尖
细胞微核率的差异较大 ，说 明上层土壤 比下层土壤
污染程度高；而花生地的差异较小 ，均为轻度污染。
各采样点土壤的显著性概率 P值均小于0．05，
这表明各采样点土壤引起的微核率和对照组微核率
有着明显的差异，提示其土壤中含有遗传毒性物质。
2．3各采样点土壤对蚕豆根尖细胞微核的影响
重金属元素可以打断 DNA分子形成断片，造
成纺锤体功能紊乱和结构伤害。蚕豆细胞染色体的
损伤可以在一定程度上反映暴露在同样条件下哺乳
动物遗传物质的损伤，它们之间对环境致突变物所
引起的染色体畸变等定性反映的一致性可达 99
以上(臧宇等，1999；涂俊芳等，2008)。在本次实验
1O6 广 西 植 物 31卷
性效应。其优点除快速 、经济以外 ，还可以反映出化
学法所不能表现出的综合叠加效应 。目前多见于环
境及水体污染的监测。微核形成的途径有两条：一
是诱变剂打断 DNA分子形成断片，该断片由于没
有纺锤丝连接，在随后 的细胞分裂过程 中无法移向
两极而随机分配到子细胞 中，不能参与形成子核而
凝缩成独立于主核之外的微核 ；另一是 由纺锤丝毒
剂造成纺锤体功能紊乱 和结构伤害，由此产生滞 留
染色体，在有丝分裂后期不能结合进子核而形成微
核(杨再福，2000；毛学文等，2003)。本研究的细胞
学观察结果显示 ，广西平乐锰矿废弃地土壤的重金
属元素已造成植物体内DNA和纺锤丝的毒害，导
致了多种类型蚕豆根尖细胞微核畸变的产生。
本研究结果还表明，各采样点土壤引起的微核
率中，上层土壤 比下层土壤诱导的蚕豆根尖细胞微
核率高，说明上层土壤比下层土壤污染程度高。但
上层土壤与下层土壤诱导的蚕豆根尖细胞微核率并
不成正相关性，柿树地、桃树地和柑桔地上下层土壤
蚕豆根尖细胞微核率的差异较大；花生地的差异较
小，均为轻度污染。这一方面可能是由于不同农作
物对不同重金属元素的富集作用不同造成的；另一
方面可能是由于一年收割的经济作物比多年收割的
经济作物对重金属元素的富集作用强，从而使花生
地上层土壤重金属污染降低。这说明在锰矿废弃地
土壤上早期不宜种植食用的农作物。
由于重金属元素可通过食物链转移和富集影响
人和动物的健康，重金属 Pb和 Cd还可以在人和动
物体内富积，具有很强的神经发育毒性；Pb还可通
过改变脑血管内皮细胞的膜结构，使血脑屏障发生
渗漏，而且 Pb还可蓄积于血管内皮细胞内，当浓度
达到很高时，就会损害未成熟大脑的血脑屏障，从而
侵害动物的中枢神经系统(毛学文等，2003；臧宇等，
1999)。在对作物的污染中，复合污染效应明显大于
单一污染效应(魏海英等，2003)。因此，长期食用这
些农作物对人和动物健康存在很大风险。由于马尾
松等林木对 Pb、Cd等重金属元素有较强的积累作
用，当林木被采伐后，可起到 良好的环境净化作用
CY晰等，20O4)。从本研究结果来看，在锰矿废弃地
种植的食用农作物均存在不同程度的污染。因此，
建议在矿山生态恢复的早期宜种植林木而不宜直接
种植蔬菜、水稻、果树和其他食用经济作物，以免矿
区重金属元素通过食物链危害人体健康。
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