蘭大偉， 劉永立

(1.浙江工商大學(xué)東方語(yǔ)言文化學(xué)院，浙江杭州 310058；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310058)

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丙酯草醚對(duì)植物細(xì)胞有絲分裂的影響

蘭大偉1， 劉永立2*

(1.浙江工商大學(xué)東方語(yǔ)言文化學(xué)院，浙江杭州 310058；2.浙江大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學(xué)院，浙江杭州 310058)

[目的]探討丙酯草醚的除草機(jī)理。[方法]以洋蔥根尖為試材，探討不同時(shí)間和不同濃度丙酯草醚對(duì)根尖分生細(xì)胞有絲分裂的影響。[結(jié)果]隨著丙酯草醚處理濃度的增加，洋蔥根尖有絲分裂指數(shù)逐漸下降；在同一濃度下，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，有絲分裂指數(shù)也呈下降趨勢(shì)。對(duì)不同處理下的洋蔥根尖細(xì)胞形態(tài)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，在低濃度(0.012 5%)丙酯草醚短時(shí)間(2 h)處理下，洋蔥根尖分生區(qū)中仍可見(jiàn)中、后、末期3種分裂狀態(tài)的細(xì)胞。但在超過(guò)8 h的高濃度(0.100 0%)丙酯草醚處理下，分裂態(tài)細(xì)胞明顯減少，分生區(qū)有明顯較多分裂中期的細(xì)胞。[結(jié)論]丙酯草醚對(duì)根尖細(xì)胞的分裂有明顯抑制作用，并使根尖細(xì)胞停滯于有絲分裂中期。

丙酯草醚；根尖；有絲分裂

有絲分裂是高等植物形態(tài)建成中細(xì)胞增殖的主要方式，通過(guò)它可以將載有遺傳信息的DNA精確地分配到2個(gè)子細(xì)胞中，維持遺傳的穩(wěn)定性，因而對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育有重要意義。真核細(xì)胞由間期進(jìn)入有絲分裂期后，伴隨著一系列變化發(fā)生，包括細(xì)胞形狀改變、細(xì)胞骨架重排、核膜崩解、核仁分解消失、染色體凝聚、紡錘體的形成、染色體的移動(dòng)、細(xì)胞壁的產(chǎn)生以及基因轉(zhuǎn)錄和翻譯暫時(shí)抑制等[1]。與此同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)磷酸化的水平顯著上升。進(jìn)一步研究表明，上述各種變化的發(fā)生可能是由某些特定的蛋白質(zhì)磷酸化引起的，導(dǎo)致這些蛋白質(zhì)磷酸化的是一些特定的蛋白激酶，而影響這些酶活性及其調(diào)控因子的因素如Ca2+/CaM、有絲分裂因子(MF)、促成熟因子(MPF)均影響有絲分裂的啟動(dòng)。而有絲分裂過(guò)程必需的細(xì)胞物質(zhì)與結(jié)構(gòu)[2]的合成易受除草劑及其他因素的干擾或抑制。

據(jù)報(bào)道，在現(xiàn)有的300多種除草劑中，約25%的除草劑品種是通過(guò)抑制、破壞有絲分裂來(lái)干擾雜草生長(zhǎng)發(fā)育[3]。在這些以影響有絲分裂為作用方式的除草劑中，大多直接或間接地作用于微管并最終導(dǎo)致有絲分裂受抑制。但也有少數(shù)是通過(guò)限制有絲分裂過(guò)程中所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)抑制細(xì)胞進(jìn)入或完成有絲分裂的，如磺酰脲類(lèi)除草劑就是以ALS為作用點(diǎn)，阻止一些氨基酸(Val、Ile、Leu)合成，從而抑制細(xì)胞分裂[4]。破壞植物細(xì)胞有絲分裂的除草劑對(duì)有絲分裂的破壞形式表現(xiàn)不同，有的除草劑使有絲分裂停滯于中期，有的停滯于間期或早前期狀態(tài)，有的形成多細(xì)胞，還有的形成多極分裂構(gòu)象。丙酯草醚是否通過(guò)破壞植物細(xì)胞有絲分裂而殺除雜草，如果破壞細(xì)胞有絲分裂，又表現(xiàn)為哪種形式，丙酯草醚脅迫下的根尖有哪些細(xì)胞變異等尚不明確。為了進(jìn)一步探討丙酯草醚的除草機(jī)理，為其使用技術(shù)的確定提供參考，筆者首次以觀(guān)察根尖有絲分裂經(jīng)典材料洋蔥為試材，用不同濃度丙酯草醚分別處理洋蔥根尖，探討了不同時(shí)間丙酯草醚處理后對(duì)植物根尖分生組織細(xì)胞有絲分裂的影響。

1 材料與方法

1.1 材料 材料選用食用洋蔥(AlliumcepaLinn)；除草劑用丙酯草醚的商品藥劑——油力。

1.2 方法 當(dāng)保濕培養(yǎng)的洋蔥不定根長(zhǎng)到1～2 cm時(shí)，依次轉(zhuǎn)入到含有不同濃度(0.012 5%、0.025 0%、0.050 0%、0.100 0%)丙酯草醚溶液中繼續(xù)培養(yǎng)，在丙酯草醚藥液中分別培養(yǎng)1、2、4、8、12 h，于22:00切取根尖端2～3 mm。對(duì)照為蒸餾水培養(yǎng)的根尖，用卡諾氏固定液(無(wú)水乙醇∶冰醋酸=3∶1)固定24 h，置于70%乙醇中，于4 ℃冰箱保存。

將固定的根尖用蒸餾水沖冼干凈，置于1 mol/L HCl中，60 ℃水浴解離6 min，再用蒸餾水沖凈。取根尖的分生組織，常規(guī)制片，用改良石炭酸品紅染液染色。壓片鏡檢，觀(guān)察統(tǒng)計(jì)細(xì)胞有絲分裂指數(shù)率，Olympus光學(xué)顯微鏡下觀(guān)察，每處理至少觀(guān)察3個(gè)切片，共計(jì)100個(gè)以上的細(xì)胞基數(shù)。記錄分生區(qū)各分裂時(shí)期的細(xì)胞數(shù)，統(tǒng)計(jì)出不同處理下的分生區(qū)有絲分裂指數(shù)以及各處理下的相對(duì)有絲分裂指數(shù)，同時(shí)觀(guān)察根尖分生區(qū)細(xì)胞形態(tài)有無(wú)異常并進(jìn)行顯微攝影。

有絲分裂指數(shù)=分裂細(xì)胞數(shù)/觀(guān)察細(xì)胞總數(shù)×100%

相對(duì)有絲分裂指數(shù)=處理的有絲分裂指數(shù)/對(duì)照有絲分裂指數(shù)×100%

2 結(jié)果與分析

2.1 丙酯草醚對(duì)細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響 由表1可知，在同一處理時(shí)間下隨著丙酯草醚濃度的增加，有絲分裂指數(shù)逐漸下降，如用0.012 5%、0.025 0%、0.050 0%、0.100 0%丙酯草醚均處理4 h，其有絲分裂指數(shù)分別為9.2%、7.0%、4.7%、4.3%。但在同一濃度下有絲分裂指數(shù)卻以處理2 h較高，4個(gè)丙酯草醚濃度處理下的有絲分裂指數(shù)分別為12.7%、10.9%、6.4%和5.5%，這可能是由于丙酯草醚的抑制作用還未發(fā)揮出來(lái)。而2 h后，丙酯草醚作用發(fā)揮逐漸增強(qiáng)，故各處理下有絲分裂指數(shù)在2 h后有所下降。在同一濃度下，隨著處理時(shí)間延長(zhǎng)，相對(duì)有絲分裂指數(shù)也呈下降趨勢(shì)。

表1 丙酯草醚對(duì)細(xì)胞有絲分裂指數(shù)的影響

2.2 丙酯草醚對(duì)根尖細(xì)胞形態(tài)的影響 對(duì)不同處理下的洋蔥根尖細(xì)胞形態(tài)觀(guān)察發(fā)現(xiàn)，在低濃度(0.012 5%)丙酯草醚短時(shí)間(2 h)處理下，洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞分裂指數(shù)雖比對(duì)照有所下降，但分生區(qū)中仍可看到中、后、末3種分裂狀態(tài)的細(xì)胞(圖1a、b)。但在超過(guò)8 h的高濃度(0.100 0%)丙酯草醚處理下，分裂態(tài)細(xì)胞明顯減少，分生區(qū)有明顯較多分裂中期的細(xì)胞(圖1c)，表明丙酯草醚對(duì)根尖細(xì)胞的分裂有明顯抑制作用，并使根尖細(xì)胞停滯于有絲分裂中期。

3 結(jié)論與討論

該研究表明，丙酯草醚對(duì)洋蔥根尖有絲分裂有明顯的抑制作用，并使有絲分裂細(xì)胞停滯處于中期狀態(tài)。Bartels等[5]研究發(fā)現(xiàn)，有絲分裂毒劑如氯苯胺靈或苯胺靈可以抑制細(xì)胞分裂各期的細(xì)胞活性，促使染色體收縮，分生細(xì)胞畸形。慕小倩等[6]研究發(fā)現(xiàn)，雙酯靈對(duì)洋蔥根尖分生區(qū)細(xì)胞分裂的抑制形式表現(xiàn)為分生區(qū)細(xì)胞停滯積累于間期或早前期狀態(tài)。張宗儉等[7]研究除草通的毒性效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，除草通能阻止玉米根尖分生組織細(xì)胞從前期向中、后、末期過(guò)渡，并引起染色體凝集、縮短以及微核、多核等一系列畸形與異常變化。Ramulu等[8]用甲基胺草磷(APM)處理懸浮細(xì)胞能獲得大量有絲分裂中期細(xì)胞，染色體可以散落地分布在整個(gè)細(xì)胞中，誘導(dǎo)產(chǎn)生微核頻率受物種差異、細(xì)胞生長(zhǎng)和有絲分裂活動(dòng)的影響，生長(zhǎng)旺盛的細(xì)胞比生長(zhǎng)遲緩的細(xì)胞產(chǎn)生微核的頻率高。蘇少泉[9]認(rèn)為乙基氨基甲酸類(lèi)除草劑破壞大麥根尖細(xì)胞的有絲分裂，使根內(nèi)細(xì)胞體積增大，形成許多多倍體核，染色體不同程度地收縮，產(chǎn)生多核細(xì)胞，細(xì)胞分裂中期的核大大增多。G?mürgen[10]利用2,4-D處理洋蔥時(shí)產(chǎn)生一系列異常有絲分裂細(xì)胞，并導(dǎo)致中期染色體細(xì)胞積累。

丙酯草醚也屬于ALS抑制劑，也是以ALS為作用點(diǎn)阻止Val、Ile、Leu的生物合成，從而抑制細(xì)胞有絲分裂。

注：a.丙酯草醚(0.100 0%)處理洋蔥根尖8 h后處于有絲分裂中期的細(xì)胞(600×);b.丙酯草醚(0.012 5%)處理洋蔥根尖2 h后處于有絲分裂后期的細(xì)胞(600×);c.丙酯草醚(0.012 5%)處理洋蔥根尖2 h后處于有絲分裂末期的細(xì)胞(600×)。Note:a.The root tip cells in middle mitosis of onion treated by 0.100 0% 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives for 8 h(600×); b.The root tip cells in late mitosis of onion treated by 0.012 5% 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives for 2 h(600×);c.The root tip cells in end mitosis of onion treated by 0.012 5% 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives for 2 h(600×).圖1 丙酯草醚對(duì)根尖細(xì)胞形態(tài)的影響Fig.1 Effect of 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives on root tip cells form

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Effect of 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine Derivatives on Plant Mitosis

LAN Da-wei1,LIU Yong-li2*

(1. School of Oriental Language & Culture,Zhejiang Gongshang University,Hangzhou,Zhejiang 310018;2.College of Agriculture & Biotechnology,Zhejiang University,Hangzhou,Zhejiang 310058)

[Objective] The aim was explore the herbicidal mechanism of 2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives (ZJ0273).[Method] We studied the effect of ZJ0273 on meristematic zone cells and mitosis of onion root tips.[Result] The onion root tip mitotic index gradually decreased with ZJ0273 concentration increasing,and the mitotic index also showed a decline trend with the extension of treatment time at the same concentration.The cellular morphology of onion root tip was observed at low concentrations (0.012 5%) and in short time (2 h),and three stages of division mitotic cells could be seen.But the division state cells significantly reduced in high concentration (0.100 0%) treatment after more than 8 h,and meristematic zone had more metaphase cells.[Conclusion] The mitotic index of root tips is decreased under the treatment by ZJ0273,and mitosis cells stagnate at the interphase.

2-pyrimidinyloxy-N-arylbenzylamine derivatives;Root tip;Mitosis

浙江省科技廳科技攻關(guān)重大農(nóng)業(yè)項(xiàng)目(J31334)。

蘭大偉(1979- )，男，陜西大荔人，碩士，從事園藝植物生物技術(shù)研究。*通訊作者，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，從事園藝植物生物技術(shù)研究。

2016-11-23

S 482.4

A

0517-6611(2016)36-0005-02