三叶鬼针草对小麦根尖细胞的致畸作用

张志雯，梁兴国，郭艾英，秦 玲，李春华

(河北科技师范学院，河北 秦皇岛，066600)

三叶鬼针草对小麦根尖细胞的致畸作用

张志雯，梁兴国，郭艾英，秦 玲，李春华

(河北科技师范学院，河北 秦皇岛，066600)

为了确定入侵植物三叶鬼针草对小麦根尖的细胞遗传毒性，选择不同浓度的三叶鬼针草根、茎、叶浸提液处理小麦根尖，采用常规染色体压片技术，观察小麦根尖细胞有丝分裂的变化。结果表明，不同浓度的三叶鬼针草根、茎、叶浸提液处理小麦，可以显著降低根尖细胞的有丝分裂指数，显著提高微核率和染色体畸变率，且影响程度均随浓度的升高逐渐增大。而相同浓度三叶鬼针草根、茎、叶浸提液处理小麦根尖，影响程度由大到小的顺序为叶，茎，根。综合三叶鬼针草浸提液对小麦根尖细胞有丝分裂3个指标的影响，三叶鬼针草对小麦根尖细胞有明显的遗传毒性。

三叶鬼针草；浸提液；小麦根尖；细胞分裂指数；遗传毒性

三叶鬼针草(BidenspilosaL.)为双子叶植物纲菊科植物，原产于美洲，是入侵我国的恶性危害杂草。由于其强烈的入侵性，目前已在我国快速广泛的蔓延，不仅危害到当地的农业生产，而且威胁到生物多样性和生态安全[1～6]。植物通常会通过根、茎、叶等向土壤和空气中挥发化学物质，对周围植物的生长和成熟等方面起着抑制或是促进作用[7]。化感作用对生物安全以及生物多样性显得尤为重要，目前已有关于入侵植物对旱稻、黄瓜、小麦、花生等作物种子萌发、幼苗生长、生理生化指标及产量影响的报道[8～14 ]，以及入侵植物火炬树、黄顶菊、加拿大蓬、紫茉莉等对小麦、蚕豆遗传毒性的报道[ 15～18]，但尚无关于三叶鬼针草对小麦遗传毒性影响方面的报道。笔者以普通小麦为材料，研究三叶鬼针草根、茎、叶浸提液对小麦根尖细胞的遗传毒性，以期在细胞水平上揭示其化感作用，为进一步了解三叶鬼针草的入侵机制提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

普通小麦京冬8号(2n=6x=42)。

1.2 浸提液制备

将三叶鬼针草的根、茎、叶分开洗净，自然风干至恒质量，研碎成粉末。分别称取10 g粉末加200 mL蒸馏水，30 ℃恒温水浴震荡提取48 h，离心所得上清液于45 ℃旋转蒸发浓缩至100 mL，即得到质量浓度为100 g/L的根、茎、叶浸提液。

1.3 材料处理

选择均匀一致的小麦种子，用蒸馏水浸泡吸胀，在25 ℃下培养。种子露白后，分别用不同质量浓度(100，75，50，25，0 g/L)的根、茎、叶浸提液处理24 h，然后用蒸馏水恢复培养，待根长至约1.5 cm时，切取根尖，用卡诺氏固定液(V(无水乙醇)∶V(冰醋酸)=3∶1)固定24 h以上，转入体积分数为0.70乙醇中4 ℃保存备用。改良卡宝品红染液染色，常规制片。每处理取10个根尖，每个根尖统计1 000 个细胞，分别计算有丝分裂指数、微核率和染色体畸变率，并对畸变细胞显微摄影。

有丝分裂指数=(分裂细胞数/观察细胞数)×100%

微核率=(微核细胞数/观察细胞数)×1 000‰

染色体畸变率=(染色体畸变细胞数/分裂细胞数)×100%

1.4 数据处理

数据用DPS 7.05软件进行分析，多重比较采用Duncan新复极差法。

2 结果与分析

2.1 三叶鬼针草浸提液对小麦根尖有丝分裂指数的影响

三叶鬼针草根、茎、叶不同质量浓度的浸提液均可降低小麦根尖细胞的有丝分裂指数(表1)，降低幅度随浸提液质量浓度的升高而逐渐增大。3个部位浸提液不同浓度处理的小麦根尖细胞有丝分裂指数均显著低于对照(CK)，不同浓度处理间差异显著。

当浸提液的质量浓度为25 g·L-1时，经三叶鬼针草根浸提液处理与经茎浸提液处理的小麦根尖细胞之间的有丝分裂指数差异不显著，经茎浸提液处理与经叶浸提液处理的小麦根尖细胞之间有丝分裂指数差异不显著，但经叶浸提液处理的小麦根尖细胞有丝分裂指数显著低于经根浸提液处理的小麦根尖细胞有丝分裂指数。当浸提液的质量浓度为50 g·L-1时，经茎、叶浸提液处理的小麦根尖细胞有丝分裂指数显著低于经根浸提液处理的小麦根尖细胞有丝分裂指数，但经茎浸提液处理和经叶浸提液处理的小麦根尖细胞之间有丝分裂指数差异不显著。当浸提液的质量浓度为75 g·L-1和100 g·L-1时，经根、茎、叶浸提液处理的小麦根尖细胞的有丝分裂指数依次降低，且经三叶鬼针草不同部位浸提液处理的小麦根尖细胞之间有丝分裂指数差异显著(表2)。

表1 不同质量浓度三叶鬼针草浸提液对小麦根尖细胞有丝分裂指数的影响 %

注：每列同组数字后不同字母表示在0.05水平上 差异显著，以下各表同。

表2 三叶鬼针草不同部位浸提液对小麦根尖细胞有丝分裂指数的影响 %

2.2 三叶鬼针草浸提液对小麦根尖细胞微核率的影响

三叶鬼针草根、茎、叶不同质量浓度的浸提液处理小麦根尖，均可使根尖细胞的微核率升高，升高幅度随浸提液质量浓度的升高而逐渐增大。三叶鬼针草根、茎、叶不同质量浓度浸提液处理后，小麦根尖细胞的微核率均显著高于对照组，不同质量浓度处理间差异显著(表3)。

当三叶鬼针草浸提液质量浓度为25 g·L-1时，根、茎、叶浸提液处理的小麦根尖细胞微核率依次升高，但三者之间差异不显著。当浸提液质量浓度为50 g·L-1时，茎、叶浸提液处理的小麦根尖细胞的微核率显著高于根浸提液处理微核率，茎浸提液和叶浸提液处理之间的微核率差异不显著。当浸提液质量浓度为75 g·L-1时，根、茎、叶浸提液处理的小麦根尖细胞的微核率依次升高，三者之间差异显著。而当浸提液质量浓度为100 g·L-1时，茎和叶浸提液处理的根尖细胞微核率差异不显著，但二者均显著高于根浸提液处理的微核率(表4)。

表3 不同质量浓度三叶鬼针草浸提液对小麦根尖细胞微核率的影响 ‰

表4 三叶鬼针草不同部位浸提液对小麦根尖细胞微核率的影响 ‰

2.3 三叶鬼针草浸提液对小麦根尖细胞染色体畸变率的影响

三叶鬼针草根、茎、叶浸提液处理小麦根尖，均可以影响小麦根尖细胞染色体的形态结构，致使细胞中出现多种类型的染色体畸变，包括微核、染色体断片、染色体桥、染色体滞后、染色体多极分布、染色体解旋不同步等(图1)。

图1 经三叶鬼针草根、茎、叶浸提液处理的小麦根尖细胞染色体畸变类型a 微核；b,c 染色体断片；d,e 染色体桥；f 染色体滞后；g 染色体多极分布；h 染色体不同步

三叶鬼针草根、茎、叶不同质量浓度的浸提液均可增加小麦根尖细胞的染色体畸变率，增加幅度随浸提液质量浓度的升高逐渐增大。三叶鬼针草相同部位浸提液不同质量浓度处理的染色体畸变率均显著高于对照组，不同质量浓度处理间存在显著差异(表5)。

当浸提液质量浓度为25 g·L-1时，经三叶鬼针草叶浸提液处理的小麦根尖细胞染色体畸变率显著高于经根和茎浸提液处理的，但经根、茎浸提液处理的小麦根尖细胞染色体畸变率之间差异并不显著。当浸提液质量浓度为50 g·L-1时，经根、茎、叶浸提液处理的小麦根尖细胞染色体畸变率依次升高，经根和茎浸提液处理的染色体畸变率之间差异不显著，经茎和叶浸提液处理的畸变率之间差异页不显著，而经根和叶浸提液处理的畸变率之间差异显著。当浸提液质量浓度为75 g·L-1和100 g·L-1时，经根、茎、叶浸提液处理的小麦根尖细胞染色体畸变率依次升高，三者之间差异均达到显著水平(表6)。

表5 不同质量浓度三叶鬼针草浸提液对小麦根尖细胞染色体畸变率的影响 %

表6 三叶鬼针草不同部位浸提液对小麦根尖细胞染色体畸变率的影响 %

3 结论与讨论

植物化感物质主要是通过自然挥发、雨雾淋溶、根系分泌和植株分解等途径进入周围环境，影响与其伴生植物的生长。当化感物质积累一定量后，就会抑制植物种子萌发，引起植物生理生化指标和细胞显微结构的变化，抑制其他植物的生长，在新环境中争取更多的资源和空间，使其成为优势种群[19～24]。植物种群正常的繁衍生息依赖个体的正常生长发育，个体正常的生长发育依赖于分生组织细胞正常的生长分裂。所以通过观察植物分生区细胞有丝分裂的变化，可以反映入侵植物在细胞遗传方面的化感作用机理[22]。

本次研究结果表明，三叶鬼针草水浸提液能抑制小麦根尖细胞的有丝分裂，影响小麦根尖细胞的染色体形态结构，导致多种畸变的发生，且影响程度随着浸提液浓度的升高而增加。这与时丽冉等[15]对火炬树、杨丽娟等[25]对香丝草、陈丽萍等[17]对加拿大蓬的研究结果一致。综合对小麦根尖细胞有丝分裂指数、微核率和染色体畸变率等3个指标的影响，相同浓度的三叶鬼针草根、茎、叶浸提液相比，影响程度由大到小的顺序为：叶，茎，根。所以，三叶鬼针草水溶性化感物质对小麦的遗传稳定性具有一定的影响，能对小麦造成不可逆的遗传损伤，由此影响到小麦的正常生长发育并最终影响小麦产量。因此，在小麦种植区域应加强对三叶鬼针草的防治，以减少其入侵给小麦生产带来的危害。

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(责任编辑：朱宝昌，陈于和)

Teratogenic Effects ofBidenspilosaon Wheat Root Tip Cells

ZHANG Zhiwen, LIANG Xingguo, GUO Aiying, QIN Ling, LI Chunhua

(Hebei Normal University of Science & Technology, Qinhuangdao Hebei,066600,China)

The teratogenic effects ofBidenspilosaL. on wheat root tip cells were studied. The wheat root tips were treated with different concentration extract from root, stem and leaf ofBidenspilosa. The mitotic index, micronucleus frequency and chromosome aberration rate of wheat root tips treated with different concentrations ofBidenspilosaextracts were investigated. The results showed that the mitotic indexes decreased significantly, micronucleus frequency and chromosome aberration rate increased significantly as the increase of the extract concentration. The leaf extract had a serious effect on wheat root tip cells, and then in turn stem extracts, root extracts with the same concentration. As to the mitotic index, micronucleus frequency and chromosome aberration rate,Bidenspilosaextract produced obvious genetic toxicity on wheat root tip cells.

BidenspilosaL.;extract;wheat root tip;mitotic index;cytogenetic toxicity

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2016.04.006

河北省高等学校科学研究项目(项目编号:2010246)。

2016-12-06；修改稿收到日期: 2016-12-27

Q343.5

A

1672-7983(2016)04-0033-05

张志雯(1979-)，女，硕士，实验师。主要研究方向：生物技术与小麦遗传改良。