吲哚乙酸、萘乙酸對蠶豆根尖細胞微核的誘導作用

陳凱峰，鄧 妍，郭建軍，劉中來，祁 超

（華中師范大學 生命科學學院，武漢 430079）

植物激素是植物細胞接受特定環境信號誘導產生的、可調節植物生理反應的活性物質.它們在植物的生長過程中調控植物的生長、發育與分化等過程［1］.所以，農業上使用人工合成的激素作用于農作物，以達到農產品增產的目的.但隨著劑量逐漸加大，農作物污染問題也突顯出來.

農藥、重金屬及各類有害物質的檢測并不少見，但人工植物激素對植物的損害的研究并不多.微核試驗是用來評價藥物、放射線、有毒物質等對人體細胞或體外培養細胞遺傳學損傷的一個直觀有效可行的方法，在遺傳毒理、醫學、食品、藥物、環境等諸多方面有著廣泛的應用［2］.本文選用2種常見植物激素吲哚乙酸、萘乙酸，應用微核實驗研究了它們對蠶豆所造的遺傳傷害.

1 材料與方法

1.1 材料

蠶豆（Vicia faba），松滋青皮蠶豆，來源于華中師范大學生命科學院.

1.2 試劑

卡諾氏固定液 ，1mol／L HCl，吲哚乙酸，萘乙酸，環磷酰胺（AR，均購于亦新生物公司）.

1.3 方法［3］

1.3.1 樣品的制備與固定 選擇飽滿、大小均勻的蠶豆種子用清水沖洗干凈，浸泡24h，放置磁盤中用濕紗布覆蓋，25℃恒溫培養，12h換水1次.待根長至1.5～3cm 后，用濃度分別為1、3、5、7、10、20、40、60、80、100mg／L 的吲哚乙酸和萘乙酸處理6h、12h、24h.陽性對照為環磷酰胺，陰性對照為蒸餾水.處理后，用蒸餾水沖洗3次，每次3min，然后25℃恒溫條件使根尖細胞恢復培養24h.剪下1cm長的根尖用卡諾氏固定液固定12 h.若固定后的根尖需存儲，需將其轉至70%乙醇中于4℃冰箱內保存.

1.3.2 染色與制片 固定后，不同濃度處理的根尖隨機取5個，用蒸餾水清洗3次，1次5min.放入EP管，加入1mol／L鹽酸，60℃恒溫水解10min.用蒸餾水清洗3次，1次5min.用解剖針在載玻片上將根尖搗碎后，改良苯酚品紅染色10 min，加蓋玻片，輕敲打壓片.

1.3.3 觀察與計數 在40倍光學顯微鏡下，從左向右，隨機選取清晰的視野.

微核識別：在間期細胞中，凡在主核大小1／3以下，形態呈圓形、橢圓形、或不規則形，與主核分離的小核，并且其著色與主核相似.

每個根尖觀察至少1 000個細胞.記錄有絲分裂數﹑微核細胞數和染色體畸變數.按如下公式計算：

有絲分裂數指數（MI%）＝分裂細胞數／觀察細胞總數×100%；

微核千分率（MCN‰）＝微核細胞數／觀察細胞總數×1000‰；

染色體畸率（CAF%）＝染色體數／觀察細胞總數×100%.

1.3.4 數據統計分析軟件 對所得數據用Origin6.1進行方差分析，采用t檢驗檢測不同處理組與對照組間的差異顯著性.

2 結果與分析

2.1 吲哚乙酸、萘乙酸對蠶豆根尖細胞有絲分裂﹑微核率﹑染色體劑量關系

由表1，表2可以看出，隨著吲哚乙酸濃度的加大，微核率的增加呈雙波型，在5mg／L、40mg／L時到達峰值，所有數值均大于陰性對照組，有5個濃度處呈顯著差異（P＜0.05）.有絲分裂指數在吲哚乙酸濃度≤7mg／L，隨著濃度的增加，逐漸上升，當濃度達10mg／L后開始遞減，低于陰性對照，有6個濃度處呈顯著差異（P＜0.05）或極顯著差異（P＜0.01）.當濃度增加到40mg／L時，又開始回升；有絲分裂指數在濃度≤7mg／L時與微核率增加呈正相關；在濃度≥10mg／L，與微核率增加呈負相關.染色體畸變在吲哚乙酸濃度≤5mg／L時，隨著濃度增加而逐漸上升，當濃度到達10mg／L之后驟然下降，有8個濃度處呈顯著差異（P＜0.05）或極顯著差異（P＜0.01）.以上數據說明，當吲哚乙酸濃度≤7mg／L時，有絲分裂﹑微核率﹑染色體呈正相關增長，有一定的劑量－效應關系.當濃度≥10mg／L時，隨著濃度增加，有絲分裂指數和染色體畸變降到低于對照組，而后有絲分裂指數在40～100mg／L回升，微核率卻下降，與有絲分裂指數呈負相關.各類染色體畸變見圖1.

隨著萘乙酸濃度的加大，微核率的增加呈雙波型，在3mg／L、40mg／L時到達峰值，所有數值均大于陰性對照組，有3個濃度處呈顯著差異（P＜0.05）.有絲分裂指數在萘乙酸濃度≤3mg／L，隨著濃度的增加而增加.在濃度＞3mg／L時，開始遞減，在濃度≥60mg／L時，又開始回升.于陰性對照相比，有6個濃度處呈顯著差異（P＜0.05）或極顯著差異（P＜0.01）.染色體畸變隨著萘乙酸濃度的增加，呈波浪型，但總體趨勢是先增后降，有4個濃度處呈顯著差異（P＜0.05）或極顯著差異（P＜0.01）.以上數據說明，當萘乙酸濃度≤3mg／L時，有絲分裂﹑微核率﹑染色體呈正相關增長，有一定的劑量－效應關系.隨著濃度的增加，有絲分裂指數和染色體畸變降到低于對照組，而后有絲分裂指數在40～100mg／L回升，微核率下降，與有絲分裂指數呈負相關.各類染色體畸變見圖1.

由兩者植物激素對蠶豆根尖各項指標影響的比較，可以看出相似的趨勢：隨著濃度的增加，各項指標成波動型變化.在濃度較低時，它們能促進細胞分裂，微核率和染色體畸變率與細胞分裂指數呈正相關，并存在一定劑量－效應關系.濃度較高時它們能抑制細胞分裂，微核率和染色體畸變率與之呈負向關系，劑量－效應關系不明顯.

2.2 吲哚乙酸、萘乙酸對蠶豆根尖細胞有絲分裂﹑微核率﹑染色體的時間關系

圖2～圖7是用不同濃度的吲哚乙酸、萘乙酸處理蠶豆6h、12h、24h的柱狀圖.可以看出，隨著作用時間的延長，兩種植物激素對蠶豆根尖細胞有絲分裂﹑微核率﹑染色體的影響趨勢越來越突出.在12h和24h時，不同濃度所造成的顯著差異或極顯著差異均高于6h時，并表現出一定的遺傳損傷.由此也驗證了上面所分析的結果.

表1 不同濃度吲哚乙酸對蠶豆根尖有絲分裂﹑微核率﹑染色體的影響（處理時間6h）Tab.1 Effects of the different concentrations of IAA on MI，FMN and CAF in the root rip cells of Vicia faba for 6h

表2 不同濃度萘乙酸對蠶豆根尖有絲分裂﹑微核率﹑染色體的影響（處理時間6h）Tab.2 Effects of the different concentrations of NAA on MI，FMN and CAF in the root rip cells of Vicia faba（6h）

圖1 吲哚乙酸、萘乙酸誘發的蠶豆根尖細胞染色體畸變Fig.1 Chromosomal aberrations induced by IAA and NAA in the root rip cells of Vicia faba

圖2 吲哚乙酸對蠶豆根尖細胞有絲分裂的影響（6h，12h，24h）Fig.2 Effects of the different concentrations and times of IAA on mitosis index in the root rip cells of Vicia faba for 6h，12hand 24h（＊P＜0.05，＊＊P＜0.01）

圖3 吲哚乙酸對蠶豆根尖細胞微核率的影響（6h，12h，24h）Fig.3 Effects of the different concentrations of IAA on micronucleus rate in the root rip cells of Vicia faba for 6h，12hand 24h（＊P＜0.05，＊＊P＜0.01）

圖4 吲哚乙酸對蠶豆根尖細胞染色體的影響（6h，12h，24h）Fig.4 Effects of the different concentrations and times of IAA on chromosomal aberration Vicia faba root rip cells for 6h，12hand 24h（＊P＜0.05，＊＊P＜0.01）

圖5 萘乙酸對蠶豆根尖細胞有絲分裂的影響（6h，12h，24h）Fig.5 Effects of different concentrations of AA on micronucleus rate in the root rip cells of Vicia ba for 6h，12hand 24h（＊P＜0.05，＊＊P＜0.01）

圖6 吲哚乙酸對蠶豆根尖細胞微核率的影響（6h，12h，24h）Fig.6 Effects of different concentrations of NAA on micronucleus rate in the root rip cells of Vicia faba for 6h，12hand 24h（＊P＜0.05，＊＊P＜0.01）

圖7 萘乙酸對蠶豆根尖細胞染色體的影響（6h，12h，24h）Fig.7 Effects of the different concentrations and times of NAA on chromosomal aberration in the root rip cells of ia faba for 6h，12hand 24h（＊P＜0.05，＊＊P＜0.01）

3 討論

吲哚乙酸和萘乙酸是常見的植物激素，主要作用是促進細胞分裂，加速植物成長.但在濃度稍高時即會引起抑制生長的作用，更高濃度即對植物產生毒害作用.在本文中，2種植物激素表現出相一致的趨勢：當濃度較低時，促進了細胞分裂，微核率和染色體畸變率與細胞分裂指數呈正相關.根據微核形成的原理：微核是細胞的染色體發生斷裂后，細胞進入下一次分裂時，染色體片段不能隨有絲分裂進入子細胞，而在細胞漿中形成的圓形或橢圓形微小核［4］，可以推測能進入下次分裂周期的細胞越多，產生微核率和染色體畸變率就越高.反之，細胞分裂的指數越低，能觀察到的微核和染色體畸變就越少.這也能解釋在40～100mg／L時，有絲分裂指數已低于對照組，微核率和染色體畸變率也出現下降趨勢（仍高于對照組）.但在40～100mg／L時，有絲分裂指數有回升趨勢（仍低于對照組），微核率和染色體畸變率還是在下降.可能原因是植物激素在這個濃度區間激發了植物體內某些清理機制，加強了DNA的修復.另外，有絲分裂指數的回升趨勢并不明顯，可能還達不到增加微核和染色體畸變的作用.

［1］肖愛國.植物激素在農業生產中的應用［J］.青海農牧業，2009（1）：41.

［2］曹 佳.微核試驗在中國的應用、發展與展望［J］.遺傳，2003，25（1）：73－76

［3］孔志明.環境毒理學（第2版）［M］.南京：南京大學出版社，2004：196－198.

［4］曹 佳，林 真，余爭平.微核試驗：原理、方法及其在人群監測性評價中的應用［M］.北京：軍事醫學科學出版社，2000：1－9.