盛世海湾公馆:亚硒酸钠在富硒农产品中的的毒性

亚硒酸钠在富硒农产品中的的毒性摘要 摘 要 硒是人体和动物必需的微量元素。植物是自然界硒循环生态链中的 关键环节，是人体获得硒的直接或间接来源。随着现代工业的快速发展， 硒已经成为潜在的有风险的环境污染元素。那些生长在硒污染环境中的 植物会在体内聚集高浓度的硒，并有可能被人和动物食用。同时，随着 越来越多富硒产品的出现，亚硒酸盐被大量用作补硒添加剂。但人体若 长期接触或摄入过量的硒，就会引起硒中毒。因此，研究硒化合物的毒 性效应非常重要。 运用植物根尖细胞监测环境有毒物质的遗传毒性是一种简便、有效 的实验技术。因此，我们选用蚕豆作为实验材料，研究皿硒酸盐对植物 的遗传毒性效应。 运用蚕豆根尖微核试验和姊妹染色单体交换试验，分别研究亚硒酸 钠（０．００１～１０．０ｍｇ／Ｌ）和亚硒酸氢钠（０．００１～５０．０ｍｇ／Ｌ）对蚕豆根尖细 胞的遗传损伤作用。结果表明，经一定浓度的亚硒酸钠或亚硒酸氢钠处 理后，蚕豆体细胞的遗传稳定性受到破坏，根尖细胞微核率和姊妹染色 单体交换频率显著增加；亚硒酸钠表现出了较亚硒酸氢钠更强的毒性作 用。与此同时，亚硒酸盐能阻滞根尖细胞分裂，降低分裂指数。对微核 的诱导与分裂抑制效应呈现对处理浓度的剂量依赖。 较高浓度亚硒酸钠处理能抑制蚕豆幼苗生长，幼根和幼芽的生长速 度随处理浓度的增加和作用时间的延长而减慢，表现剂量效应和时间效 应。 www.docin.com 亚硒酸盐对植物遗传毒性作用的研究 以植物细胞内抗氧化酶活性和丙二醛（ＭＤＡ）含量作为研究指标，研 究０．０１～１０．０ｍｇ／Ｌ亚硒酸钠对蚕豆幼根中超氧化物歧化酶（ＳＯＤ）、过 氧化氢酶（ＣＡＴ）和过氧化物酶（ＰＯＤ）活性及ＭＤＡ含量的影响。结果表明， 较低浓度的亚硒酸钠引起蚕豆细胞内ＳｏＤ、ＣＡＴ和ＰＯＤ活性的降低，但浓度 增高时，ＳＯＤ、ｃＡＴ和ＰＯＤ活性有所提高。胞内ＭＤＡ含量的增加具有剂量依 赖性，说明高浓度的亚硒酸盐能够诱导蚕豆幼根细胞的氧化损伤。 本文还研究了二氧化硫衍生物（０．Ｏｌ～Ｏ．５ｍｍｏｌ／Ｌ）和亚硒酸钠 （０．Ｏｌｍｇ／Ｌ）共同作用对蚕豆根尖细胞的遗传毒性效应。结果显示，亚硒 酸钠和二氧化硫衍生物复合作用可显著诱导蚕豆根尖细胞微核和姊妹染 色单体交换发生，使有丝分裂指数下降。亚硒酸钠对较低浓度的二氧化 硫衍生物诱发的遗传损伤有协同效应，而对高浓度二氧化硫衍生物的毒 性作用则表现为拮抗效应。 研究结果提示：较低浓度的亚硒酸盐即可诱发植物根尖细胞的遗传损 伤。因此，可以利用简便、经济的植物检测系统监测环境中的硒污染。 同时提醒人们，在长期接触或补硒过程中应预防硒对人类带来的遗传损 伤和诱变效应。 关键词：亚硒酸盐；蚕豆；遗传损伤；氧化损伤； www.docin.com  第一章文献综述 第一章文献综述 １环境中的硒 １．１自然界中的硒 １８１７年，瑞典化学家Ｂｅｒｚｅｌｉｕｓ发现了元素硒（Ｓｅｌｅｎｉｕｍ，Ｓｅ）…。硒属于氧 族元素，准金属，是地质环境中含量稀少，分布极不均匀的一种人体必需微量元素。 和其它微量元素一样，生物体内的硒只能从环境中获得，土壤、地球水层和大气是 生物体与环境进行硒交换的主要场所。 地壳中的硒是自然环境中的最初硒源，岩石、土壤、水和大气中都含有一定的 硒”３。土壤中的硒来自风化的岩石或水层，也可来自大气（如通过降雨），它是植物（直 接）和动物（间接）的主要硒来源。同时，生物体内的硒经代谢或死亡分解，又可回 到土壤中。水中的硒可来自岩石风化、水土流失、大气降雨及生物体；它可以再进 入沉积物或形成沉积岩，也可为动、植物和微生物所利用。大气中的硒可来自火山 的喷发、石油和煤的燃烧，以及来自植物、动物、土壤污泥中的微生物作用引起的 硒挥发：经降雨等作用，大气中的硒又可进入土壤或水层“…。土壤、大气、水等环 境中的硒，通过生物转化、传递过程构成了自然界硒循环生态链。 硒在自然界中有几种不同的氧化状态，与硫和碲具有相似的理化性质。六价硒 或以硒酸盐形式存在的硒在碱性条件下是稳定的，因此其在碱性土壤中易被植物利 用。亚硒酸盐是自然界中以四价存在的硒，在碱性溶液中若有氧存在，其易于缓慢 氧化生成六价硒。二氧化硒作为亚硒酸的脱水产物于３１７℃升华，这就是通过燃烧 产生空气硒污染的重要原因。元素硒不易被利用。以负二价形式存在的硒主要包括 多数有机硒化合物、硒化氢和一些金属硒化物，硒化氢在室温下是～种具有还原性 和强酸性的剧毒气体，在空气中迅速分解生成单质硒和水“１。一般认为，无机硒化 合物的毒性要大于有机硒化合物，而无机硒化合物中亚硒酸盐的毒性又略高于硒酸 盐““。 随着科学家们对硒元素广‘泛而深入的研究，人们逐渐认识到微量元素硒在生命 过程中的重要性。硒是动物和人体的必需微量元素，作为多种酶的组成元素或活性 中心，参与酶的催化反应及部分辅酶和蛋白质合成等多种代谢过程，具有多种复杂 的生物学功能。目前，已有许多出色的研究工作揭示了硒在防癌、抗癌、防衰老、 预防和治疗心血管疾病、克山病和大骨节病等方面的重要作用”“。硒的良性生物效 www.docin.com 亚硒酸盐对植物遗传毒性作用的研究 应的大量研究与报道导致市场上大量诸如富硒酵母、富硒茶、富硒麦芽等多种富硒 食品和制剂的出现。 １．２硒对环境的污染 在被作为营养元素之前，硒一直被看作是有毒元素。１８５６年在Ｎｅｂｒａｓｋａ的地 方流行一种使马致死的疾病，该病在我国西藏也曾发生过。到１９２９年，Ｋ．ｗ．Ｆｒａｎｋｅ 发现该畜病和那些地区的土壤及植物中存在着较高的硒含量有关０１。１９３３年， Ｒｏｂｉｓｏｎ证明美国中西部牛羊患的“盲目蹒跚病”和“碱毒症”是因摄取了含硒高 的植物而引起中毒所致”１。除了牛、马等动物有硒中毒外，硒也会对人体产生毒性， 主要由于职业关系长期接触过多的硒化物或由于某地区的土壤、食物中硒过量而引 起。 同时，随着人类的工业化以及一系列金属矿床和煤的开采，硒已成为一个潜在 的环境污染元素。硒对环境的污染主要是其对大气、水体和土壤的污染。 硒对大气的污染主要是来源于工业燃烧排放的废气。金属硫化物矿石在空气中 焙烧时，硒化物氧化为二氧化硒（ＳｅＯ：），从烟道排入大气，在常温下变为固体，遇水 则生成毒性较大的亚硒酸（Ｈ２Ｓｅ仉）。在燃用高硒石煤的地区，居室内空气中硒浓度高 达０．６ｍｇ／ｍ３。陕西安康、湖北恩施等地富硒石煤的利用，都曾发生过人、畜硒中毒 事件“…。此外，挥发性的烷基硒可从动植物体内散发出来。二甲基二硒是植物的挥 发物，二甲基硒是微生物和动物的挥发物，但数量都很少。据英国环境保护局统计， １９６９年美国各种工业向大气排放的硒约８５５Ｈ屯，其中燃煤动力工业占４２％，玻璃工业 占２３％，铜、锌和铅矿石焙烧工业占６％。据美国ｌＯ个城市统计，飘尘含硒量为０．０５～ １０蟾／ｇ“１。 不同地区水体中的硒含量受当地环境总硒含量、水体流失情况、土壤ｐＨ值及 硒的价态等多种因素的影响。低硒地区水中的硒含量可低于０．１№儿，而高硒地区 水中的硒含量可达３００腿几。１。ｐｔｌ值对河水含硒影响较大。例如在美国富硒铁的科 罗拉多州，ｐＨ值为７．８－－８．２时，由于亚硒酸盐可氧化为易溶于水的硒酸盐，水中 含硒高于１Ｐｇ／Ｌ，甚至高达４００垤几。废水中有时有亚硒酸根离子（ＳｅＯ。２。）存在， 颜料和染料废水中含有硒化镉（ＣｄＳｅ）等硒化物。关于硒的水环境标准，中国、美国、 原苏联都规定饮用水中硒含量不得超过０．０１ｍｇ／Ｌ。农业灌溉用水最大容许含硒量， 中国规定为０．Ｏｌｍｇ／Ｌ，美国规定为０．０５ｍｇ／Ｌ“１。 在世界范围内极大部分土壤含硒量在０．１～２．０垤／ｇ之间，低硒土壤平均含硒 www.docin.com 第一章文献综述 量为Ｏ．０１垤／ｇ，而硒毒土壤的含硒量可高达３０～３２４．ｇ／ｇ““。硒可在土壤中富集， 并被农作物吸收。用含硒量大于０．０５．ｇ／ｇ的水灌溉农田，每公斤饲料作物的含硒 量可达４～５ｍｇ。美国南达科他州和怀俄明州是富硒铁的地区，一些牧场的饲料每 公斤硒含量竞高达３０ｍｇ“１。 硒的营养性和毒性并不矛盾，因为硒的生物效应与硒的浓度范围有关。一般来 说，动物对硒的营养需要范围是０．卜２ｐｐｍ，达到３—１０ｐｐｍ时将引起慢性中毒，而 超过１０ｐｐｍ时会引起急性中毒以致突然死亡，这种关系就是著名的Ｗｅｉｎｂｅｒｇ效应 一微量元素的最佳营养曲线。很明显，不同元素的这种曲线不同，有的营养浓度范 围较大，有的在最佳浓度和致毒浓度之间有一个非常狭窄的安全限度，硒即属于后 一种元素０１。 ２硒对植物的影响 植物是硒生态链中不可缺少的关键环节，可以从土壤、水和大气中吸收硒并在 体内富集，在硒污染环境中生长的植物可能会在体内富集高浓度的硒。动物摄人硒 直接来源于植物，人体获得硒直接或问接来自于植物。因此人体硒水平主要决定于 植物或动物性食物的含硒量，且人体对来自于食用性植物的硒比来自于动物中的硒 具有更高的生物效价““。植物吸收无机硒或低分子的有机硒，转化为有机态硒，为 人类提供高生物利用度的有机硒源，植物是天然有机硒合成的生化工厂。由此可见， 植物不仅在自然界硒生态链转化中占据重要地位，而且对人畜健康具有普遍而现实 的意义。 １９３２年，首次在植物中检铡出了硒。但它是否也为植物所必需呢？这一直是植 物学家关心的问题之一。近年来，有学者在大豆、小麦、玉米等高等植物的叶片或 种子中检测到了谷胱甘肽过氧化物酶活性“”“１。黄开勋采用７５Ｓｅ示踪技术在大麦苗 中检测到Ｓｅ—ｔＲＮＡ的存在。１９９６年，Ｎｅｕｈｉｅｒｌ和Ｂｏｃｋ””在聚积硒的黄芪属培养细 胞中发现硒代半胱氨酸甲基转移酶。以上的迹象表明，硒极可能是高等植物生长所 必需的营养元素。 ２１植物对硒的吸收、转运以及硒在植物体内的分布、存在形态 ２，１．１植物对硒的吸收和转运 植物吸收的硒来源于土壤和大气，植物的根和叶都具有一定的吸收能力，土壤 硒是植物硒的主要来源。单质硒不易被植物所吸收，硒主要以硒酸盐、亚硒酸盐或 www.docin.com 亚硒酸盐对植物遗传毒性作用的研究 有机硒的形式被植物吸收。硒酸盐比亚硒酸盐更容易被吸收；在供应等量硒时，植 物吸收硒酸盐的能力是吸收亚硒酸盐的８－１０倍“…。植物对硒酸盐的吸收是以需能 的主动吸收形式，对亚硒酸盐的吸收则是不需能量的被动吸收形式０１。 不同植物吸收硒的能力不同，而且同一植物的不同部位吸收硒的能力也不尽相 同。根据植物对硒的积蓄能力不同，人们将植物分为聚硒植物、非聚硒植物和富硫 并高硒植物“”。聚硒植物可作为硒指示植物，按其富集硒的能力区分为原生硒积聚 植物，如黄芪属（Ａｓｔｒａｇａ〕ｕｓ｝植物，硒含量可达ｉ０００—１００００垤／ｇ；次生硒积聚植 物，如紫箢属（Ａｓｔｅｒ），硒含量很少超过几百ｕｇ／ｇ。非聚硒植物对硒的积累能力都 较低，且在很大程度上和植物生长周期的长短有关，植株硒含量在０．００１～ｌ腿／ｇ。 第三类植物含有大量的硫，在正常的土壤中生长时会积累较多的硒“…。 ２．１ ２硒在植物体内的分布 硒在植物组织中的分布与各部位的生理活性、接受硒营养的时间有很大关系。 施和平“”等通过对番茄施硒发现，植株总硒量在各部位的分布顺序为根＞叶＞茎，而 开花结实期植株各部位的硒积累顺序则为：根＞果实＞花＞茎＞口ｔ。Ａｓｈｅｒ等“”认为植物 体内转移的硒是硒酸根形态，以亚硒酸盐供给植物，在根部被吸收并转化为硒酸盐 和其它硒化物向地上部运输至叶片，在那里由无机硒转化为有机硒，这一过程较根 部吸收过程慢，因此，在根部常积累大量的硒。 ２．１，３硒在植物体内的存在形态 硒能以低分子量化合物（包括游离Ｓｅ）和高分子量化合物形式存在于生物体内。 很多植物，尤其是非积聚硒植物中，硒大都以硒代氨基酸形式结合于蛋白质。其在 植物体内的小分子形式有硒代氨基酸及其衍生物（表１一１）。以大分子形式存在的 硒则包括硒蛋白、含硒核糖核酸、硒多糖等。如蛋白质硒是茶叶中硒的主要成分， 占８０％左右，其中ＤＮＡ、ＲＮＡ核蛋白硒分别占６．７％，６．５％。富硒大蒜中含有Ｓｅ—ＲＮＡ 和硒多糖”…。吴应亮等”２１在恩施富硒植物如烟草、大豆、油菜籽中提取出硒蛋白， 在黄芪、绞股蓝中提取出硒皂甙，在黄芪、魔芋和螺旋藻中提取到硒多糖，在茶叶 中提取到硒茶多酚。可见，植物中的有机硒形式是多种多样的。 www.docin.com 第一章文献综述 Ｓｅｌｅｎｏｃｙｓｔｅｉｎｅ Ｓｅｌｅｎｏｃｙｓｔｉｎｅ Ｓｅ－ｍｅｔｈｙｌ－ｓｅｌｅｎｏｃｙｓｔｅｉｎｅ Ｓｅ－?? ａｃｒｙＩ－?? ｓｅｌｅｎｏｃｙｓｔｅｉｎｅ Ｙ－Ｇｌｕｔａｍｙｌ－Ｓｅ?? ｍｅｔｈｙ?? ｓｅｌｅｎｏｃｙｓｔｅｉｎｅ Ｓｅｌｅｎｏｈｏｍｏｃｙｓｔｅｉｎｅ Ｓｅｌｅｎｏｍｅｔｈｉｏｎｉｎｅ Ｓｅ?? ｍｅｔｈｙｌ?? ｓｅｌｅｎｏｍｅｔｈｉｏｎｉｎｅ Ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｅｌｅｎｉｄｅ Ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｄｉｓｅｌｅｎｉｄｅ 硒代半胱氨酸 硒代胱氨酸 硒一甲基硒代半胱氨酸 硒一丙烯基硒代半胱氨酸 氧化硒 ｙ一谷氨酰基一硒甲基硒 代半胱氨酸 硒代高胱氨酸 硒代蛋氨酸 硒甲基硒代蛋氨酸 二甲基硒化物 二甲基二硒化物 ＨＳｅＣＨ２ｃＨＮＨ２ｃＯＯＨ （ＳｅＣＨ：ＣＨＮＨ。ＣＯＯＨ）。 ＣＨａＳｅＣＨ２ＣＨＮＨ，ＣＯｏＨ ＣＨ３ＣＨ＝ＣＨＳｅＯＣＨ２ＣＨＮＨｚＣＯＯＨ ＨＯＯＣＣＨｚＣＨｚＣＨ：ＣＯＮＨＣＨ（ＣＯＯＨ） 一ＣＨ２ＳｅＣＨ， （ＳｅＣＨ２ＣＨ２ＣＨＮＨ。ＣＯＯＨ）２ ＣｍＳｅＣＨ２ＣＨ２ＣＨＮＨ２ＣＯＯＨ （ＣＩＩ，）：ＳｅＣＨ２Ｃｔｌ２ＣＨＮＨ２ＣＯＯＨ ａ｛３－－Ｓｅ—Ｃｍ ＣＩｌ３－－Ｓｅ—Ｓｅ—Ｃｔｌ３ ２．２硒对植物生长发育的影响 早期研究表明，极少量的硒就能刺激硒积聚植物的生长，而强烈抑制硒非积聚 植物的生长。一般认为，硒在低浓度（０．００１～０．０５牦／ｇ）时能够促进农作物的生长， 但硒过量则对植物生长产生毒害作用…。Ｗａｎｇ等“”在陕西大骨节病区施硒，发现小 麦谷子粒重提高。施和平””水培番茄实验发现，水培液含硒低于０．１ ｍｇ／Ｌ时，促 进幼苗生长，而高于Ｏ．５ｍｇ／Ｌ时，则抑制幼苗生长。 在较高硒浓度下，大部分植物出现中毒症状，生长及生理活动受抑制。不同作 物表现的中毒症状不同。草类表现为叶片白绿病，根组织呈粉红色，其它植物则出 现生长障碍，黄绿病和叶脉粉红或叶面发暗绿色，浓度更高时作物呈白色，发生缺 绿病及早熟死亡”…。番茄幼苗的硒中毒症为根细长，根冠黑褐色并腐烂，茎杆纤细， 茎叶及顶端嫩叶缺绿，茎、叶柄和叶脉呈紫红色“…。尚庆茂通过电子显微镜观察到， 生长在高浓度亚硒酸钠下的生菜叶片叶绿体被膜受损，基粒结构解体，从原来致密、 有序排列的状态变成松散的匀质状态。Ｗａｌｋｅｒ和Ｔｉｎｇ还发现硒使大麦减数分裂期 www.docin.com 亚硒酸盐对植物遗传毒性作用的研究 染色质松驰，染色体交换率下降…１。 硒对植物生长的作用符合一般必需营养元素对生物体效应的Ｂｅｒｔｒａｎｄ生物剂 量规律，即低浓度时，对植物的生长有促进效应，过量则对植物构成毒害。因此， 它有可能是植物生长必需的营养元素。 ２．３硒与其他元素共同作用对植物的影响 矿质营养元素对植物体各有其特殊作用，缺乏或过多会影响植物的生长发育。 由于这些营养元素之间在生理代谢上相互制约、相互依赖，某种元素缺乏或过量会 引起整个营养元素间的不平衡，从而导致植物生长受阻。 ２．３．１硒与硫 硒和硫有相似的化学性质，关于硒和硫的相互作用有大量报道。两者之间的关 系体现为既有拮抗作用，又有协同作用。Ｍｉｋｋｅｉｓｅｎ和Ｗａｎ。７１通过大麦和水稻的水 培试验发现，植株体内的硒浓度随ＳＯ。２的加入而降低，即使是加入低量ＳＯ。’，水稻 茎中硒浓度也几乎降低—半。同时，他也观察到，在低硫营养液中，大麦和水稻茎 的硫浓度随培养液中硒浓度的提高而显著提高。Ｂａｉｌｅｙ等”…观察刮不论硫酸盐浓度 高或低时，川蔓藻对硒蛋氨酸的吸收高于弧硒酸盐或硒酸盐，低浓度硫酸盐比高浓 度下吸收亚硒酸盐高。马友华等九盆栽烟草时发现，在烟草前期和成熟期，低硒低 硫或高硒高硫均表现拮抗作用，而在低硫高硒或低硒高硫时，硒、硫对烟草的吸收 则表现出协同作用。 ２．３．２硒与其他元素 一般认为硒和氮互为协同作用。而关于硒和磷则有两种看法，一种认为施磷会 增加植物对硒的吸收，另一种则完全相反。多数研究者发现，加磷于土壤会使植物 积累更多的硒，但另一方面施磷过多则会加快土壤硒的消耗，从长远来看这会加剧 土壤的缺硒。１。Ａｒｖｙ等。”证实在植物体内，硒和锰、锌、钴、磷、钼等元素的浓度 呈正相关，而与铁、铝、砷呈负相关。陈铭等…研究结果表明，硒在生理浓度范围 内可以促进植物对磷、钾、钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌和钼的吸收，而在硒毒情 况下则相反。硒和重金属元素之间多表现为拮抗关系。Ｓｈａｎｋ等。”３在沙培实验中观 察到，硒能降低菜豆对镉的吸收，亚硒酸盐对镉的拮抗作用比硒酸盐更有效。杜式 华等。”发现汞抑制小麦幼苗过氧化氢酶活性，而硒能拮抗汞的毒性。 综上所述，生命元素硒，在生物体中具有其它元素不可替代的多种生物学功能， 硒缺乏或硒过量均能导致植物和人畜生长发育的各种病症。近几年来，研究的热点 ６ www.docin.com 第一章文献综述 逐渐转向硒与植物的关系。然而到目前为止，植物方面的研究，无论其广度和深度 都比对动物和人体的研究相距甚远，有待探求和揭示的问题甚多。 ３硒对植物细胞自由基代谢的影响 ３．１植物细胞中的活性氧和抗氧化酶系统 需氧生物在机体代谢过程中会产生具有很强氧化能力的活性氧（Ｒｅａｃｔｉｖｅ ＯｘｙｇｅｎＳｐｅｃｉｅｓ，ＲＯＳ）。这些活性氧包括：超氧阴离子（Ｏ：＋?? ）、羟自由基（ＨＯ?? ）、 单线态氧（。Ｏ：）、过氧化氢（Ｈ：Ｏ。）和脂质过氧化的中间产物ＲＯ－、Ｒ００?? 矛ＨＲＯＯＨ等。 当植物体受到逆境胁迫时，如遭受强光、高温、低温、盐渍、干旱、环境污染、 病原物侵染等，植物体内就会产生大量的活性氧自由基，它们可以通过自由基链式 反应，氧化膜内类脂双分子层中含有的不饱和脂肪酸链，损伤重要的生物大分子如 核酸、蛋白质，最终影响机体正常的生理生化代谢，造成机体衰老死亡。 同时，与之相适应，植物体自身具有一套有效的抗氧化防御体系，用以调控细 胞内活性氧和自由基的产生与清除的动态平衡。植物体的抗氧化系统由酶性保护系 统和非酶性保护系统组成。植物体中的抗氧化酶主要包括超氧化物歧化酶 （Ｓｕｐｅｒｏｘｉｄｅｄｉｓｍｕｔａｓｅ，ＳＯＤ）、过氧化物酶（Ｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ，ＰＯＤ）、过氧化氢酶 （Ｃａｔａｌａｓｅ，ＣＡＴ）、谷胱甘肽过氧化物酶（Ｇｈｔａｔｈｉｏｎｅｐｅｒｏｘｉｄａｓｅ，ＧＳＨ—Ｐｘ）等。 ＳＯＤ是活性氧清除反应过程中第一个发挥作用的抗氧化酶，催化超氧阴离子０：＋?? 歧化 反应生成Ｈ。０：：２０。。?? ＋２Ｈ＋一Ｈ。Ｏ。＋０：。吼Ｏ。会在随后的反应中被ＧＳＨ—Ｐｘ、ＣＡＴ、ＰＯＤ 等系统清除。。３…。 当植物受到一定强度的环境胁迫时，细胞内抗氧化系统会得到加强，从而在一 定程度上减少氧化损伤，增加对胁迫的抗性。但是细胞中活性氧生成过量或过快时， 活性氧不能及时有效地被防御系统所清除，最终导致细胞损伤直至死亡。 ３．２硒对植物细胞自由基代谢的双重作用 硒具有二重性，在植物体中既可以清除自由基又可以催化自由基生成。硒对自 由基的清除作用可以通过酶促系统和非酶促系统两种机制进行。 酶促系统是指硒诱导ＧＳＨ—Ｐｘ活性提高，进而清除自由基的过程。人们已经在 不同种类植物的不同组织中检测到ＧＳＨ—Ｐｘ活性。郭静成等“’用不同浓度的亚硒酸 钠溶液，对小麦、水稻、丝瓜、黄瓜和大白菜进行浸种和苗期培养，结果表明，硒 处理增加所有作物幼芽和子叶中谷胱甘肽（ＧＳＨ）含量、ＧＳＨ—Ｐｘ活性，降低小麦第 www.docin.com 亚硒酸盐对植物遗传毒性作用的研究 一展开叶中丙二醛（ＭＢＡ）的含量。人们推测硒极有可能是植物体内ＧＳＨ＿Ｐｘ的诱导 物质或组成元素，可能作为一种诱发因子，启动了该酶合成有关的特异基因，通过 增加酶含量和提高酶活性，抵抗逆境因子的影响。 非酶促系统指无机硒或有机硒对自由基的清除作用。张罗平等首先运用电子自 旋共振（ＥＳＲ）技术，直接观察到硒化合物对生物膜磷脂经紫外辐射产生的脂质过氧 自由基的清除作用啪１。薛泰鳞等”１运用化学模型，体外研究亚硒酸盐、硒酸盐、硒 代半胱氨酸对不同活性氧非酶促的清除作用结果表明：３种形态的硒均可清除脂质 过氧自由基，其中，亚硒酸盐和有机硒的作用最大，硒酸盐的作用较小，但只有有 机硒才能清除超氧化物自由基和羟自由基，而３种形态的硒均不能直接清除过氧化 氢。 尽管硒在清除自由基方面发挥重要作用，但同时，高浓度硒又会使自由基的生 成量增加，促进过氧化作用。陈春英等。”１的研究结果表明，硒的生物效应明显依赖 于硒的浓度；机体中活性氧自由基的含量与硒的剂量密切相关。 亚硒酸盐被植物吸收后，在体内被谷胱甘肽（ＧＳＨ）还原成低氧化态形式 （６Ｓ—Ｓｅ—ＳＧ）九，低氧化态的硒被０。、Ｈ２０２或其他形式的过氧化物氧化成较高氧化 态形式，同时产生活性氧自由基（０。一?? 等），过量的ＧＳＨ又会将高氧化态硒化物还 原成低氧化形式，如此循环往复，不断催化产生活性氧自由基”３。上述过程可简单 表示为： ＧｓＨ—?? —ｙ—一 ＳｅＯ。２一●?? ＿、，—◆ ＧｓｓＧ ＧｓｓＧ●＾◆ＧＳ＿Ｓｅ’ＳＧ—天－０舢四 ４环境污染的生物监测 ４．１生物检测 随着人类社会的进步，经济和工业发展造成的环境污染日益严重。环境污染问 题已经引起了社会各界的重视，各国都相继制订了一些保护生态、保护环境、保护 人类健康的环境保护与监测的法规措施，并制定了各种环境质量标准，据此对环境 作出监测及评价鉴定。 当前对环境化学物检测和环境（水、土、气）污染的监测一般采用化学、物理 学、和生物学检测方法。采用化学方法，运用理化精密仪器监测有不少的优点。但 是对环境质量进行生物监测，特别是遗传毒性的检测，与化学方法检测单一化学成 分进行评价显然不同。生物监测既可对单一物质的效应进行检测，更重要的是对整 www.docin.com 第一章文献综述 个环境中的混合物的生物学损伤后果进行监测与评价。因为，环境中的水、土、气 等都是混合物，可能由数十种乃至数百种物质组成，因此，对这些混合成分的评价， 具有更加全面和客观的评价效果。 随着毒理学的发展，利用植物来指示和监测环境质量，既灵敏可靠，又简单易 行。植物监测在２０世纪初就引起人们的注意，几十年来，这方面的研究工作取得 了较大的进展“““１，制定了运用植物系统监测环境化学物遗传效应的国际程序…１。 我国从７０年代初就开展监测植物的选择和利用，积累了较多的经验，有的已经应 用于生产实践中。高等植物被认为是环境化学突变效应和细胞遗传效应的最好指 示，适于室内外对环境诱变剂的检测。１９７８年，由全美环境卫生科学学会（ＮＩＥＨＳ） 主持召开了用高等植物系统检测环境致突变物的专题讨论会，会议充分评价了高等 植物检测化学致突变物的潜力，多篇论文证明植物和动物之间对环境致突变物定性 反应的一致性可达９９％以上，植物监测得到广泛应用”３。“１。随着研究工作的开展和 深入，人们对植物监测有了较为全面和深刻的认识。植物毒理检测系统有以下特点： （１）就诱变形态学、解剖学及生理学的变化和细胞遗传学的变异等效应而言，一 般说来，植物比动物对环境中的诱变剂或断裂剂更为敏感： （２）在实验室或在毒物释放的现场能较容易地获得较大群体的植物； （３）在许多情况下，在现场或采样点的植物样品测定的毒理数据可直接用于该环 境污染物的毒性评价，因此，植物检测系统特别适合于现场监测； （４）大多数植物的生物检测比动物测定费用低，又能更快提供毒性评价。 ４．２遗传毒理学检测 大量证据表明，环境污染能诱发多种疾病，导致生物体变异。生物体变异，一 是体细胞的变异，变异细胞失去了正常的生长分裂调控机制，细胞生长分裂失控， 形成肿瘤或死亡；二是生殖细胞变异，直接影响生殖过程和后代基因，导致异常子 代的产生，对人类来讲，则是产生遗传性疾病。细胞增殖和分化能力的调控与细胞 内的遗传稳定性相关。因此，对环境化学物的遗传毒性进行检测是减少和预防人类 疾病风险的一项有效的生物学措施。 细胞的遗传稳定性是维持细胞正常结构和功能的基础，遗传稳定性的破坏对细 胞乃至生物体的正常代谢和生存有着直接的影响。遗传毒理学检测系统的应用，目 的是检测某些环境化合物引起细胞遗传物质的损伤和导致遗传性状改变的能力，进 www.docin.com 亚硒酸盐对植物遗传毒性作用的研究 而预测化学物质对哺乳动物的致突变性和致癌性。遗传毒物一旦通过细胞的物理性 屏障和生物化学性屏障，直接或活化后与ＤＮＡ作用，使ＤＮＡ某一结构水平引起损伤， 会造成多种不良结果，如ＤＮＡ完整性改变、ＤＮＡ交换或重排、ＤＮＡ碱基顺序改变、 染色体完整性改变和染色体分离改变等。遗传毒理学检测的是原发性的遗传学终 点，或检测导致某个终点的ＤＮＡ损伤过程所伴随的现象。这也正是遗传毒性检测所 独具的特点。 目前已建立的遗传毒性短期检测法已近２００种，其中较为完善、使用广泛的亦 有２０余种。常用的方法有：基因突变测定法，染色体畸变检测法，微核试验，姊 妹染色单体交换检测法，ＤＮＡ修复试验，细胞转化试验和彗星实验等等。 ４．２．１蚕豆根尖微核试验 细胞分裂中染色单体或染色体的无着丝粒断片或滞后染色体不能包被于主核 中，而是独立存在于细胞质中，类似细胞核，但体积小，称为微核（Ｍｉｃｒｏｎｕｃｌｅｕｓ， ＭＮ）。诱发细胞微核的物质有两类：染色体断裂剂和非整倍体诱发剂。微核是细胞 受遗传毒物作用后的一种遗传学终点。以观察细胞中微核的形成来检测遗传毒物， 称为微核试验（ＭＮｔｅｓｔ）。微核试验因其快速、简便，成为广泛使用的遗传毒理学 试验之一。 蚕豆（Ｖｉｃｆａ妇妇）是一种很好的细胞遗传学研究材料。蚕豆的染色体组型为 六对相当大的染色体，而且根尖含有许多的分裂细胞，且细胞分生组织增殖周期短， 非常适合显微观察。早在１９５９年，放射生物学家已经用蚕豆的根尖细胞来进行Ｘ 射线的遗传损伤研究”“。到了７０年代，蚕豆根尖染色体畸变技术已发展得相当成 熟，作为检测化学品遗传学毒性的方法被广泛采用”６。”’。 蚕豆根尖的微核试验（ｗｏｉ矿ｍｉＣＹＯｎＵＣｌｅｕｓｔｅｓｔ，ＶＡＭＣＮ）是１９８２年由Ｄｅｇｒａｓｓｉ 和Ｒｉｚｚｏｎｉ正式介绍的，他们指出微核试验与染色体畸变试验同样具有准确、快速、 具剂量一效应关系等特点，操作更简便，也更适于大批量样品的检测”…。美国国家 环保局也肯定了蚕豆根尖细胞学实验在环境致突变性检测中的作用，对许多环境致 癌物都作了标准化的试验，建立了庞大的数据库，并建议在全世界范围内推广。蚕 豆根尖微核试验的应用价值也引起了中国学者的注意，１９８３年陈光荣等利用此方法 检ＮＴ农药和诱变剂对遗传物质的损伤，１９８５年发表了国内首篇用蚕豆根尖微核试 验直接检测淡水湖泊水质污染的论文“…。１９８６年，蚕豆根尖微核实验技术已被中国 环保局列为水环境生物测试的规范方法““。 www.docin.com 第一章文献综述 与其他遗传毒性测试技术相比，蚕豆根尖微核试验具有较高的可靠性和灵敏 性： （１）蚕豆与小鼠在分类上属于同一个层次，蚕豆细胞染色体的损伤可以在一定程 度上反映同样暴露条件下高等动物遗传物质的损伤。植物系统与哺乳动物细胞 在对致突变物的反应上比果蝇和细菌要相似得多； （２）１９８８年国际化学品安全委员会（ＩＰＣＳ， Ｉｎｔｅｒ－Ｎａｔｉｏｎａｌ ＰｒｏｇｒａｍｍｅＯｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓａｆｅｔｙ）组织了一次涉及世界六个国家ｉ７个实验室的大型试验， 分别用几种不同的植物检测系统来鉴定未知样本的致突变性。结果表明，蚕 豆根尖染色体畸变试验的假阴性率最低，可以检出最多的阳性致突变物； （３）蚕豆根尖微核试验的结果与Ａｍｅｓ试验及小鼠骨髓细胞微核试验有显著的正相 关： （４）蚕豆根尖微核试验具有本底低、成本低、操作简单等其他试验所不具备的优 点，通过对蚕豆根尖微核和染色体畸变的对应分析得出：微核试验结果和染 色体畸变率都有显著的剂量一效应关系，并可以代替后者应用于监测和研究， 克服了染色体畸变试验中观察和计数比较繁重的缺点。 ４．２．２姊妹染色单体交换（ＳＯＥ）实验 １９３８年，ＭｃＣＩｉｎｔｏｃｋ首次提出了姊妹染色单体交换（ｓｉｓｔｅｒ—ｃｈｒｏｍａｔｉｄ ｅｘｃｈａｎｇｅ，ＳＣＥ）的概念。ＳＣＥ是指来自一条染色体的两条姊妹染色单体之间同源片 段的互换。这种互换是完全的，对称的。１９５８年，Ｔａｙｌｏｒ首次证实了植物细胞染
亚硒酸盐对植物遗传毒性作用的研究