秋水仙素浓度对大蒜根尖细胞中期分裂指数的影响 -

秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响

广二师生物系hexuecheng

摘要:为了解秋水仙素及其浓度对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响,以大蒜根尖为材料,在不同浓度(0.00%、0.025%、0.05%)相同时间(4h)条件下测定了根尖细胞的中期分裂指数及细胞加倍指数。结果表明 ,秋水仙素在不同浓度下对大蒜根尖细胞中期分裂指数和细胞加倍指数的影响是不相同的。0.025%的秋水仙素处理的细胞中期分裂指数较高,为14.2%,细胞加倍指数为0.3%:0.05%的中期分裂指数较低,为13.8%,细胞加倍指数却较高,为0.5%;对照组0.00%的中期分裂指数最低,为4.0%,细胞加倍指数为0.0%。

关键词:大蒜 秋水仙素 中期分裂指数 细胞加倍指数

前言:[1]染色体是遗传物质最主要的载体。在有丝分裂过程中 ,染色体的形态和结构表现出一系列规律性的变化。尤其是分裂中期的染色体收缩程度很好 ,适于进行染色体形态的识别和研究。染色体计数、核型分析或显带技术等遗传学研究就是以中期染色体为研究对象。但在整个细胞分裂周期中 ,中期细胞数较少 ,且染色体因纺锤丝的牵引而紧密排列在赤道板上 ,造成计数及识别染色体形态、结构的困难。为了获得较多的分裂期细胞,最理想的措施是使细胞同步分裂。[1]常用低温或化学药剂处理可以达到此目的,目前使用最广泛的化学药剂为秋水仙素,其能抑制有丝分裂,破坏纺锤体,使染色体停滞在分裂中期。许多研究者只是选用单一适宜浓度的秋水仙素对实验材料进行预处理,没有对秋水仙素的浓度进行实验。而且,大蒜是常用的细胞分裂的研究材料,目前有关于秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂影响的报道较少。基于以上两点,笔者选用了2种不同浓度的秋水仙素处理大蒜根尖,并以蒸馏水处理作为对照。目的在于研究秋水仙素及其浓度对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响,为秋水仙素在大蒜的研究上提供研究依据。

1材料与方法

1.1主要试剂

秋水仙素:用蒸馏水配制成0.025%和0.05%的溶液。

卡诺固定液:甲醇-冰醋酸(3:1)

解离液:1mol/L盐酸。

1.2材料

白皮大蒜。

1.3方法

1.3.1根尖培养方法 选择大小均匀无损伤的大蒜蒜瓣置于培养皿中 ,在室温条件下用蒸馏水培养。由于大蒜在培养过程中分泌抑制物质 ,抑制根的生长 ,所以每天换水 2 次。待根尖长至 1.5~2. 0 cm 时,于上午 9 :00~10 :00 取材。

1.3.2材料处理方法 分别用0.00%(用蒸馏水代替)0.025%、0.05%的秋水仙素溶液处理大蒜根尖4h ,每种处理的大蒜至少 10 头 ,之后分别用卡诺氏固定液于 4 ℃冰箱中固定 24 h ,固定后的材料用 1 mol/ L HCl 在60 ℃恒温下酸解 10 min。再用蒸馏 水洗3 ~5次,蒸馏水浸泡20min。用 改良苯酚品红染色液染色 10min,把根尖放在载玻片上,切取分生区部分,加一滴染液,用镊子捣碎,盖上盖 玻片, 然后在盖玻片上放上一滤纸, 用铅笔上的橡皮头轻轻敲打盖片, 使细胞和染色体分散,镜检。每个浓度处理选择有代表性的2个制片,每张片选五个视野,一个视野观察100个细胞,即每个浓度处理统计1000个细胞。从中统计出中期细胞数和加倍细胞数。

1.3.3统计分析 中期分裂指数和细胞加倍指数按以下公式计算:

中期分裂指数=中期分裂细胞数/观察细胞总数×100%

细胞加倍指数=细胞加倍数/观察细胞总数×100%

2结果与分析

2.1不同秋水仙素浓度对中期分裂指数的影响

不同浓度的秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响见表1。0.025%和0.05%秋水仙素处理4h后,大蒜根尖细胞中期分裂指数均明显高于对照组,说明秋水仙素对细胞进入分裂期有明显的促进作用,但浓度过高促进作用会减弱。不同浓度的秋水仙素对中期分裂指数的影响规律不明显。其中以较低浓度0.025%秋水仙素处理中期分裂指数较大(14.2%),而较高浓度0.05%秋水仙素处理的中期分裂指数相对较小,为13.8%促进分裂作用减弱。说明0.05%秋水仙素浓度过高,对洋葱根尖有较高的毒害作用。

表1 不同浓度秋水仙素对大蒜根尖细胞中期分裂指数的影响

秋水仙素浓度(%) 中期分裂指数(%)

0.00 (对照组) 4.0

0.025 14.2 0.05 13.8

2.2不同秋水仙素浓度对细胞加倍指数的影响

不同浓度的秋水仙素对大蒜根尖细胞加倍指数的影响见表2。结果表明,大蒜根尖细胞经秋水仙素处理后,细胞加倍现象明显,两种浓度处理的细胞加倍指数均明显高于对照组。且不同浓度的秋水仙素对细胞加倍指数的影响规律明显, 0.05%较高浓度处理的细胞加倍指数为 4.5%,而0.025%较低浓度处理的细胞加倍指数为 3.1% ,未经秋水仙素处理的细胞加倍指数很低,为0.4%。

表2 不同浓度秋水仙素对大蒜根尖细胞细胞加倍指数的影响

秋水仙素浓度(%) 细胞加倍指数(%)

0.00(对照组) 0.4

0.025 3.1 0.05 4.5

3 讨 论

3.1 秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响及机制

本实验采用3种不同浓度秋水仙素对洋葱根尖进行处理,结果发现,秋水仙素对洋葱根尖有丝分裂有明显的促进作用,但处理浓度过高会使大蒜根尖细胞的中期分裂指数下降。秋水仙素还能诱导大蒜根尖细胞染色体加倍,浓度越高,对洋葱根尖的诱变效应也越大,产生的加倍细胞越多。

黄永莲等[2]以洋葱为材料,研究了不同浓度的秋水仙素对洋葱根尖细胞有丝分裂指数的影响,结果表明在实验的3个浓度组(0.05%,0.1%和0.2%)中,以0.05%的秋水仙素为最佳浓度,有丝分裂指数最高,为对照的

2.4倍,之后随浓度升高,有丝分裂指数均呈现下降趋势[2]。笔者的结果也表现了相似的特点,0.025%的中期分裂指数比0.05%的高。只是较适宜的秋水仙素浓度不一样,本实验较适宜的秋水仙素浓度为0.05%,这可能跟不同物种(大蒜与洋葱)的差异有关。

秋水仙素能抑制有丝分裂,破坏纺锤体,使染色体停滞在分裂中期。它能够结合和稳定游离的微管蛋白,使它无法聚合成微管或能够引起微管的解聚作用,由此使得纺锤体不能够形成或使已经形成的纺锤体解聚,细胞不能够一分为二,而此前,染色体已经复制,于是造成染色体加倍。这是秋水仙素促进分裂与诱导多倍体发生的机制。因此,当大蒜根尖细胞进行分裂时,秋水仙素一方面能使染色体的着丝点延迟分裂,于是已复制的染色体两条单体分离,而着丝点仍连在一起,形成“X”形染色体图象,使细胞处于分裂中期;另一方面是引起分裂中期的纺锤丝断裂,或抑制纺锤体的形成,结果到分裂后期染色体不能移向两极,而重组成一个双倍性的细胞核。这时候,细胞加大而不分裂,或者分裂成一个无细胞核的子细胞和一个有双倍性细胞核的子细胞。经过一个时期以后,这种染色体数目加倍了的细胞再分裂增长时,就构成了双倍性的细胞。

3. 2 取材对植物细胞有丝分裂的影响

[1]一般来说 ,凡是进行分裂的分生组织、器官甚至单个细胞 ,都可用于染色体观察。但也不是随意取来上述材料都可以获得期望的结果。因此 ,适当取材是非常关键的。如果要研究染色体计数,染色体最好应满足以下三个条件 ,(1)染色体所处的分裂时期应准确可辨; (2)染色体纵向浓缩均匀一致; (3)缢痕显示清晰。本研究就是以水培大蒜根尖为材料 ,经不同浓度的秋水仙素预处理 ,结果表明 ,经预处理的材料能较多地积累中期细胞 ,且染色体分散性好 ,易于进行更深入的分析研究。另外 ,取材时间也是非常关键的。通过对

大蒜的研究发现 ,在一昼夜的时间里 ,以上午 9 : 00~10 :00时取材最好 ,此时大蒜根尖正处于分裂高峰期。[1]

综上,以大蒜为材料研究染色体是可行的。秋水仙素能提升大蒜根尖细胞有丝分裂的中期分裂指数,但高浓度的秋水仙素会降低其作用。秋水仙素能诱导大蒜根尖细胞染色体倍数加倍,且浓度越高诱导效应越好。因此,在研究细胞有丝分裂的实验中,若要取得较多的中期细胞,应选用较低浓度的秋水仙素;在研究细胞染色体加倍的试验中,若要取得较好的诱导效应可选用较高浓度的秋水仙素。

参考文献(References)

[1]秦素平,等.预处理剂对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响[J]. 河北职业技术师范学院学报,2002,16(4)

[2]黄永莲.秋水仙素对洋葱根尖细胞的诱变效应[J].亚热带植物科学,2005,34(1):42-45

秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响

广二师生物系hexuecheng

摘要:为了解秋水仙素及其浓度对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响,以大蒜根尖为材料,在不同浓度(0.00%、0.025%、0.05%)相同时间(4h)条件下测定了根尖细胞的中期分裂指数及细胞加倍指数。结果表明 ,秋水仙素在不同浓度下对大蒜根尖细胞中期分裂指数和细胞加倍指数的影响是不相同的。0.025%的秋水仙素处理的细胞中期分裂指数较高,为14.2%,细胞加倍指数为0.3%:0.05%的中期分裂指数较低,为13.8%,细胞加倍指数却较高,为0.5%;对照组0.00%的中期分裂指数最低,为4.0%,细胞加倍指数为0.0%。

关键词:大蒜 秋水仙素 中期分裂指数 细胞加倍指数

前言:[1]染色体是遗传物质最主要的载体。在有丝分裂过程中 ,染色体的形态和结构表现出一系列规律性的变化。尤其是分裂中期的染色体收缩程度很好 ,适于进行染色体形态的识别和研究。染色体计数、核型分析或显带技术等遗传学研究就是以中期染色体为研究对象。但在整个细胞分裂周期中 ,中期细胞数较少 ,且染色体因纺锤丝的牵引而紧密排列在赤道板上 ,造成计数及识别染色体形态、结构的困难。为了获得较多的分裂期细胞,最理想的措施是使细胞同步分裂。[1]常用低温或化学药剂处理可以达到此目的,目前使用最广泛的化学药剂为秋水仙素,其能抑制有丝分裂,破坏纺锤体,使染色体停滞在分裂中期。许多研究者只是选用单一适宜浓度的秋水仙素对实验材料进行预处理,没有对秋水仙素的浓度进行实验。而且,大蒜是常用的细胞分裂的研究材料,目前有关于秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂影响的报道较少。基于以上两点,笔者选用了2种不同浓度的秋水仙素处理大蒜根尖,并以蒸馏水处理作为对照。目的在于研究秋水仙素及其浓度对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响,为秋水仙素在大蒜的研究上提供研究依据。

1材料与方法

1.1主要试剂

秋水仙素:用蒸馏水配制成0.025%和0.05%的溶液。

卡诺固定液:甲醇-冰醋酸(3:1)

解离液:1mol/L盐酸。

1.2材料

白皮大蒜。

1.3方法

1.3.1根尖培养方法 选择大小均匀无损伤的大蒜蒜瓣置于培养皿中 ,在室温条件下用蒸馏水培养。由于大蒜在培养过程中分泌抑制物质 ,抑制根的生长 ,所以每天换水 2 次。待根尖长至 1.5~2. 0 cm 时,于上午 9 :00~10 :00 取材。

1.3.2材料处理方法 分别用0.00%(用蒸馏水代替)0.025%、0.05%的秋水仙素溶液处理大蒜根尖4h ,每种处理的大蒜至少 10 头 ,之后分别用卡诺氏固定液于 4 ℃冰箱中固定 24 h ,固定后的材料用 1 mol/ L HCl 在60 ℃恒温下酸解 10 min。再用蒸馏 水洗3 ~5次,蒸馏水浸泡20min。用 改良苯酚品红染色液染色 10min,把根尖放在载玻片上,切取分生区部分,加一滴染液,用镊子捣碎,盖上盖 玻片, 然后在盖玻片上放上一滤纸, 用铅笔上的橡皮头轻轻敲打盖片, 使细胞和染色体分散,镜检。每个浓度处理选择有代表性的2个制片,每张片选五个视野,一个视野观察100个细胞,即每个浓度处理统计1000个细胞。从中统计出中期细胞数和加倍细胞数。

1.3.3统计分析 中期分裂指数和细胞加倍指数按以下公式计算:

中期分裂指数=中期分裂细胞数/观察细胞总数×100%

细胞加倍指数=细胞加倍数/观察细胞总数×100%

2结果与分析

2.1不同秋水仙素浓度对中期分裂指数的影响

不同浓度的秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响见表1。0.025%和0.05%秋水仙素处理4h后,大蒜根尖细胞中期分裂指数均明显高于对照组,说明秋水仙素对细胞进入分裂期有明显的促进作用,但浓度过高促进作用会减弱。不同浓度的秋水仙素对中期分裂指数的影响规律不明显。其中以较低浓度0.025%秋水仙素处理中期分裂指数较大(14.2%),而较高浓度0.05%秋水仙素处理的中期分裂指数相对较小,为13.8%促进分裂作用减弱。说明0.05%秋水仙素浓度过高,对洋葱根尖有较高的毒害作用。

表1 不同浓度秋水仙素对大蒜根尖细胞中期分裂指数的影响

秋水仙素浓度(%) 中期分裂指数(%)

0.00 (对照组) 4.0

0.025 14.2 0.05 13.8

2.2不同秋水仙素浓度对细胞加倍指数的影响

不同浓度的秋水仙素对大蒜根尖细胞加倍指数的影响见表2。结果表明,大蒜根尖细胞经秋水仙素处理后,细胞加倍现象明显,两种浓度处理的细胞加倍指数均明显高于对照组。且不同浓度的秋水仙素对细胞加倍指数的影响规律明显, 0.05%较高浓度处理的细胞加倍指数为 4.5%,而0.025%较低浓度处理的细胞加倍指数为 3.1% ,未经秋水仙素处理的细胞加倍指数很低,为0.4%。

表2 不同浓度秋水仙素对大蒜根尖细胞细胞加倍指数的影响

秋水仙素浓度(%) 细胞加倍指数(%)

0.00(对照组) 0.4

0.025 3.1 0.05 4.5

3 讨 论

3.1 秋水仙素对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响及机制

本实验采用3种不同浓度秋水仙素对洋葱根尖进行处理,结果发现,秋水仙素对洋葱根尖有丝分裂有明显的促进作用,但处理浓度过高会使大蒜根尖细胞的中期分裂指数下降。秋水仙素还能诱导大蒜根尖细胞染色体加倍,浓度越高,对洋葱根尖的诱变效应也越大,产生的加倍细胞越多。

黄永莲等[2]以洋葱为材料,研究了不同浓度的秋水仙素对洋葱根尖细胞有丝分裂指数的影响,结果表明在实验的3个浓度组(0.05%,0.1%和0.2%)中,以0.05%的秋水仙素为最佳浓度,有丝分裂指数最高,为对照的

2.4倍,之后随浓度升高,有丝分裂指数均呈现下降趋势[2]。笔者的结果也表现了相似的特点,0.025%的中期分裂指数比0.05%的高。只是较适宜的秋水仙素浓度不一样,本实验较适宜的秋水仙素浓度为0.05%,这可能跟不同物种(大蒜与洋葱)的差异有关。

秋水仙素能抑制有丝分裂,破坏纺锤体,使染色体停滞在分裂中期。它能够结合和稳定游离的微管蛋白,使它无法聚合成微管或能够引起微管的解聚作用,由此使得纺锤体不能够形成或使已经形成的纺锤体解聚,细胞不能够一分为二,而此前,染色体已经复制,于是造成染色体加倍。这是秋水仙素促进分裂与诱导多倍体发生的机制。因此,当大蒜根尖细胞进行分裂时,秋水仙素一方面能使染色体的着丝点延迟分裂,于是已复制的染色体两条单体分离,而着丝点仍连在一起,形成“X”形染色体图象,使细胞处于分裂中期;另一方面是引起分裂中期的纺锤丝断裂,或抑制纺锤体的形成,结果到分裂后期染色体不能移向两极,而重组成一个双倍性的细胞核。这时候,细胞加大而不分裂,或者分裂成一个无细胞核的子细胞和一个有双倍性细胞核的子细胞。经过一个时期以后,这种染色体数目加倍了的细胞再分裂增长时,就构成了双倍性的细胞。

3. 2 取材对植物细胞有丝分裂的影响

[1]一般来说 ,凡是进行分裂的分生组织、器官甚至单个细胞 ,都可用于染色体观察。但也不是随意取来上述材料都可以获得期望的结果。因此 ,适当取材是非常关键的。如果要研究染色体计数,染色体最好应满足以下三个条件 ,(1)染色体所处的分裂时期应准确可辨; (2)染色体纵向浓缩均匀一致; (3)缢痕显示清晰。本研究就是以水培大蒜根尖为材料 ,经不同浓度的秋水仙素预处理 ,结果表明 ,经预处理的材料能较多地积累中期细胞 ,且染色体分散性好 ,易于进行更深入的分析研究。另外 ,取材时间也是非常关键的。通过对

大蒜的研究发现 ,在一昼夜的时间里 ,以上午 9 : 00~10 :00时取材最好 ,此时大蒜根尖正处于分裂高峰期。[1]

综上,以大蒜为材料研究染色体是可行的。秋水仙素能提升大蒜根尖细胞有丝分裂的中期分裂指数,但高浓度的秋水仙素会降低其作用。秋水仙素能诱导大蒜根尖细胞染色体倍数加倍,且浓度越高诱导效应越好。因此,在研究细胞有丝分裂的实验中,若要取得较多的中期细胞,应选用较低浓度的秋水仙素;在研究细胞染色体加倍的试验中,若要取得较好的诱导效应可选用较高浓度的秋水仙素。

参考文献(References)

[1]秦素平,等.预处理剂对大蒜根尖细胞有丝分裂的影响[J]. 河北职业技术师范学院学报,2002,16(4)

[2]黄永莲.秋水仙素对洋葱根尖细胞的诱变效应[J].亚热带植物科学,2005,34(1):42-45


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