吴亚娟， 何兴金

（四川大学生命科学学院，成都 610064）

胜红蓟（Ager atu m conyzoides Linn．）为菊科胜红蓟属（Ager atum）一年生草本植物，原产中南美洲，作为花卉被引入我国，19世纪末在云南南部发现。但由于多年来胜红蓟在控制柑橘园害螨的发生、涵养果园土壤水分、抗旱保墒、改善果园生态环境、增加果园绿肥等方面发挥了较为重要的作用［1］，因此被大量栽植，现已逃逸成为一种恶性入侵杂草。目前，胜红蓟在我国广泛分布于长江以南地区，特别是广东、广西、福建、香港、云南及海南岛等地生长最多［2］。胜红蓟生长迅速，繁殖力强，有强烈趋肥趋湿性，能迅速抢占空间，抑制周围生境中植物的生长和繁殖，从而形成单一优势群落［3］。入侵后严重破坏当地的生态环境，对我国的生态安全造成了巨大威胁。

研究表明胜红蓟之所以能成功入侵并形成危害，是因为其植物体具有化感物质，对生境中植物产生化感作用。目前，胜红蓟化感作用的研究方法主要是测定地上部分对不同受体种子萌发及生长发育的影响［4－6］，但由于研究者采用的受试植物品种、处理时间、培养方式等因素不同，容易导致试验结果不准确。因此，本文以蚕豆为供试材料，对胜红蓟叶、茎、花不同部位及植物体地上部分的化感作用潜力进行研究，以揭示胜红蓟植株不同部位的化感物质对其生境中植物的影响，进而揭示胜红蓟的入侵机理，以达到有效控制和合理利用。蚕豆根尖微核试验（the micr onucleus test，MNT）是一种以染色体损伤及纺锤体毒性等为检测指标的植物遗传毒性方法，是世界范围内推广运用的环境致突变性检测技术［7］，已经被广泛应用于对水体污染物、空气污染物、农药、重金属、化妆品、工业化学品等的致突变性检测方面［8］。据报道已有研究将蚕豆根尖细胞微核作为检测入侵植物化感物质毒性的途径之一［9－12］。本文利用蚕豆根尖微核试验来研究胜红蓟叶、茎、花不同部位及地上部分的化感作用潜力并比较了不同部位的化感作用潜力的强弱，结果表明胜红蓟水浸液能够引起蚕豆细胞产生微核及其致畸效应，叶片具有最高的化感作用潜力，从而为胜红蓟的入侵机理和对其防治提供重要基础资料。

1 材料与方法

1．1 材料

受体植物：成都当地市售一年新种蚕豆，实验室内萌发备用。

供体植物：胜红蓟于2009年7月采集于成都市龙泉地区，采样为当年新生植株。

1．2 试验方法

1．2．1 水浸提液的制备

将采集的胜红蓟植株地上部分洗净，晾干表面水分后剪成长1．0～1．5 c m的断片。按1∶10加入蒸馏水充分摇匀浸泡48 h，纱布过滤后得到质量浓度0．100 0 g／mL的水浸提液原液（每毫升鲜质量），4℃冷藏备用。

1．2．2 蚕豆根尖微核试验

选择饱满、大小均匀的蚕豆种子在蒸馏水中浸泡24 h，置入具有纱布的培养皿中室温培养2～3 d，每24 h用水冲洗1次，换水培养。选择根长约1．0～1．5 c m整齐一致的蚕豆随机分组，放入大小相同的培养皿中，每皿13颗，加入25 mL不同浓度（分别为0．005 0、0．007 5、0．010 0、0．025 0 g／mL，蒸馏水为对照）的地上部分、叶、茎以及花水浸提液，处理24 h，每处理重复3次，恢复培养24 h。于上午09：00切下1 c m左右根尖，卡诺氏固定液（无水乙醇∶冰乙酸＝3∶1）固定24 h。转入体积分数为70%的乙醇中4℃保存。

常规制片参照杨昌凤，涂传馨的方法［13］。用1 mol／L盐酸∶45%冰乙酸＝2∶1混合液解离10～15 min，石炭酸品红染液染色，压片镜检。每个处理观察10个根尖，每个根尖观察1 000个细胞，记录分生区细胞总数和分裂期的细胞数以及带有微核的细胞数。Oly mpus BH－2光镜观察拍照。计算细胞有丝分裂指数（MI／%）、微核千分率（MCN／‰）（为便于统计分析，将镜检中间期微核和分裂期中类微核都统计为微核）以及染色体畸变率（CAF%）。

有丝分裂指数（MI）＝（进行分裂的细胞数／所有观察的细胞总数）×100%；

微核千分率（MCN）＝（具有微核的细胞数／所有观察的细胞总数）×1 000‰；

染色体畸变率（CAF）＝（染色体畸变细胞数／所有观察的细胞总数）×100%；

化感效应敏感指数（RI）计算方法参照Willia mson［14］等的方法：RI＝1－C／T；

式中，C分别为有丝分裂指数、微核率、染色体畸变率对照值，T分别为有丝分裂指数、微核率、染色体畸变率的处理值，RI为化感作用效应。化感作用综合及整体效应以各参数的化感效应敏感指数绝对值的算术平均值表示。

1．3 数据处理

采用SPSS17．0软件进行数据处理，对各参数在不同处理间的差异进行单因素方差分析（One－Way ANOVA）。

2 结果与分析

2．1 胜红蓟不同部位以及地上部分水浸提液对蚕豆根尖有丝分裂的影响

通过观察大量蚕豆根尖分生区细胞，发现经胜红蓟提取液处理后，处于M期的细胞数目减少，有丝分裂指数下降，并且随着提取液浓度的升高抑制率上升（图1）。说明胜红蓟水浸提液抑制了蚕豆根尖细胞的有丝分裂，引起根尖生长减缓。其中叶、茎、花以及地上部分均在0．005 0 g／mL和0．025 0 g／mL浓度与对照组差异极显著（p＜0．01），而在0．007 5 g／mL和0．010 0 g／mL处差异显著（p＜0．05）。有丝分裂化感作用的综合效应为叶＞茎＞花＞地上部分（表1）。

图1 胜红蓟水浸提液对蚕豆根尖细胞有丝分裂的影响

2．2 胜红蓟不同部位以及地上部分水浸提液对蚕豆根尖细胞微核的诱导

胜红蓟叶、茎、花以及地上部分的水浸提液均能诱发较高频率的微核，在0．005 0～0．025 0 g／mL范围内，根尖具微核细胞数随着浓度的升高而增加。其中叶、茎、花、地上部分在4个浓度下与对照组相比差异显著或极显著（图2）。并且在低浓度下主要诱发蚕豆根尖细胞产生单微核（图版Ⅰ，1）；随着浓度的升高微核率上升，同时双微核（图版Ⅰ，2）和三微核（图版Ⅰ，3）数量增加，并且出现四微核（图版Ⅰ，4）及细胞核消失形成多微核（图版Ⅰ，5）的现象。其中诱导微核化感作用的综合效应为叶＞地上部分＞茎＞花（表1）。

图2 胜红蓟水浸提液对蚕豆根尖细胞微核的诱导

表1 国际上已商品化的微生物除草剂种类

2．3 胜红蓟不同部位及地上部分水浸提液对蚕豆根尖细胞染色体畸变的诱导

胜红蓟水浸提液均能诱发蚕豆根尖细胞各时期产生畸变染色体（图3），前期主要产生单微核或双微核（图版Ⅰ，6～7）；中期除了产生类微核（图版Ⅰ，8～9）主要为染色体断裂、融合、粘连等（图版Ⅰ，10～15）；后期为后期染色体桥、染色体环等（图版Ⅰ，16～25，图版Ⅱ，26～28）；末期主要产生末期染色体单桥、双桥或三桥以及染色体滞后、染色体环等（图版Ⅱ，29～41）；另外还会产生合胞体、核突起以及前期类微核的形成（图版Ⅱ，42～44）。且蚕豆根尖畸变率与处理液浓度呈正相关，其中0．005 0、0．007 5、0．010 0、0．025 0 g／mL处理与对照组差异显著或极显著（图3），诱导微核的化感作用的综合效应为叶＞茎＞地上部分＞花（表1）。

图3 胜红蓟水浸提液对蚕豆根尖细胞染色体畸变的诱导

图版Ⅰ

图版Ⅱ

3 讨论

镜检中凡是主核大小1／20～1／3，着色与主核相当或稍浅并与主核完全分离的小核，作为细胞中的微核。细胞中多数具有1个微核，少数具有2个微核，个别细胞有3～5个微核。研究结果表明（表1），蚕豆根尖细胞对胜红蓟水浸提液非常敏感。在所研究浓度范围内，经过胜红蓟水浸提液的作用，蚕豆根尖细胞的有丝分裂率下降并出现了染色体断片、染色体桥、滞后染色体、染色体粘连以及染色体多极分布等多种染色体畸变现象（图版Ⅰ－Ⅱ，10～43），表明胜红蓟水溶性化感物质抑制了蚕豆根尖细胞纺锤体的形成并破坏了纺锤体的正常结构与功能，对植物的遗传稳定性及细胞形态结构具有一定的影响，可以造成染色体断裂和损伤，造成不可逆的遗传损伤效应，具有较强的遗传毒性。从本试验结果可以看出，胜红蓟化感物质对蚕豆的遗传毒物性质具有断裂剂和非整倍体剂两种。断裂剂可以诱发染色体的断裂，当断裂不发生重接或重接不在原处，即可出现染色体结构异常（图版Ⅰ，10、11、19、20和图版Ⅱ，27、34、38、39为染色体断片；图版Ⅰ，22～25及图版Ⅱ，32～37为染色体桥）。非整倍体剂在细胞分裂时可以诱发不分离现象或形成滞后染色体（这主要是破坏蚕豆有丝分裂细胞的纺锤体），滞后染色体最终形成微核［15］（图版Ⅰ，1～5等为微核）。胜红蓟水浸提液既能诱发细胞产生微核又能使染色体产生多种畸变现象，因此其化感物质既有断裂剂又有非整倍体剂的作用。上述试验结果表明，胜红蓟作为外来入侵物种之所以可以成功入侵，其中一个重要原因是其植物体具有化感物质（当然还有许多其他因素，如菊科植物种子超强繁殖能力和种子的高效传播方式等等），并且其化感物质对入侵生境中其他植物的化感作用是造成细胞有丝分裂过程中染色体断裂和损伤，另一方面胜红蓟的化感物质还具有破坏有丝分裂中纺锤体结构及功能的作用，其最终结果是造成有丝分裂时染色体滞后或染色体不分离或染色体多极分布，从而形成非整倍体和微核现象。进而周围植物生长受到抑制甚至致死而胜红蓟则可成功入侵。

在自然界中，多数入侵植物的化感物质主要通过根系分泌、叶片淋溶、雨水淋溶、残株分解、种子渗出以及根系分泌等方式进入土壤，并在土壤中进行累积、转化、迁移最终抑制周围植物的生长发育达到快速扩散、成功入侵的目的。由于植物通过不同的途径合成、释放化感物质以及植物不同部位代谢的差异，致使产生的次生代谢物质种类和数量也不相同，从而使不同部位的化感作用潜力及其强度表现出一定的差异［16－17］。叶片作为胜红蓟植株光合作用的主要场所含有较多的化感物质，产生的化感效应最强烈；茎干主要承担机械支持和物质输导的功能而并非物质合成的场所，次生代谢产物的含量相对较低，化感效应偏弱［18］；而花是胜红蓟的有性繁殖器官，主要用于吸引昆虫进行传粉，完成受精过程进而产生种子，化感效应亦较弱。本研究结果显示，在4个浓度下胜红蓟的茎、叶、花的综合化感效应敏感指数（RI）在有丝分裂、微核率以及染色体畸变中均为叶＞花＞茎。但是在4个浓度下叶、茎、花与地上部分的综合化感效应在有丝分裂、微核率以及染色体畸变中各不同。诱导微核的化感作用综合效应为叶＞地上部分＞茎＞花；染色体畸变化感作用综合效应为叶＞茎＞地上部分＞花；有丝分裂化感作用综合效应为叶＞茎＞花＞地上部分。由此可见胜红蓟叶、茎、花不同部位的化感作用潜力不是简单的加合作用，而是不同部位对蚕豆细胞有丝分裂、微核诱导以及染色体致畸3方面具有不同的化感作用效果，这可能是由于不同部位产生的化感物质种类不同，但其具体机制和作用途径有待于进一步研究。在0．005 0～0．025 0 g／mL范围内，叶、茎、花与地上部分的整体化感效用表现为叶＞茎＞花＞地上部分，说明叶片是胜红蓟地上部分产生化感作用潜力最强的部位。因此在对其进行防治时要高度重视对叶片的处理，当农耕地中出现入侵植物胜红蓟时，可在其营养期进行人工拔除，并将植株尤其是叶片等深埋或放于沼气池中，不可堆积在农耕地中。

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