全 文 ：航天诱导凤仙花 SP3代植株形态及生理的研究
陈德灿1 , 杨军1 ,2 , 汤泽生1 , 潭兴1
(1.西华师范大学生命科学学院 ,四川南充 637002;2.西华师范大学珍稀动植物研究所 ,四川南充 637002)
摘要 对经过航天诱变的凤仙花 SP3代 6个实验植株与没有经过航天诱变的 6个对照植株进行秋播比较。在植株形态上 ,测量了 5个
指标 ,作了聚类分析 ,把 12个单株分为 3类。比较同株不同部位叶片的形状 ,发现变异植株叶片在不同发育阶段 ,其长出的形状不一致。
对凤仙花生理进行了测定 ,发现光合色素含量增长极大 ,特别是叶绿素 a;叶绿素 a与叶绿素 b的比值也增大;可溶性糖含量极大地减
少。实验结果表明 ,航天诱导能够持续对凤仙花 SP3代的形态和生理生化方面造成影响。关键词 航天诱变;凤仙花;聚类分析;生理指标
中图分类号 S124+.1 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2006)09-1834-03
Morphological and Physiologic Trait of Impations balsamina in SP3 Generation Induced by Space Flight
CHEN De-can et al (School of Life Sciences , China West Normal University , Nanchong , Sichuan 637002)
Abstract The morphological and physiological traits of Impations balsamina in SP3 generation grown in autumn induced by space flight were compared
with natural plants in this paper.5 morphological characters of 6 treated plants were tested alongwith 6 natural individuals , and the 12 individuals could
be divided into 3 groups by the dendrogram analysis.Further more, the detection of the ratio of length/width about the leaf revealed that the traits in the
treated individuals of leaf varied with the development of individual plants.The photosynthetic pigments , especially the content of chlorophyll awere in-
creased after space flight , resulting in the raise of the ratio of chlorophyll a/b.However, the content of soluble sugarwas decreased after treatment.The
results suggested that the space flight treatment could affect the I.balsamina successively, at least in themorphological and physiological traits of SP3 gen-
eration.
Key words Space flight;Impations balsamin;Dendrogram analysis;Physiological trait
凤仙花(Impations balsamina),属凤仙花科凤仙花属 ,是一
种常见的观赏和药用植物[ 1] ,广为人们栽培。但民间栽培的
凤仙花类型单一 ,花少 ,花色单调 ,主茎分支少 ,茎细 ,易倒
伏 ,且易染病 ,已不能满足人们日益增长的物质和文化生活
的需求 ,亟需进行改良。随着空间技术的发展 ,利用卫星搭
载作物及花卉植物种子诱发突变 ,改良品种及种质 ,越来越
受到重视 ,并取得不少成果[ 2] 。
目前 ,国内外对航天诱变的研究[ 3-5]主要集中在 SP1 代
形态及生物学效应方面 ,对 SP2代研究的较少 ,对 SP3代植株
的生理特征研究更少。汤泽生等[ 6 , 7]对航天搭载风仙花 SP1
代进行了细胞及形态学方面的研究 ,这种诱导是否会对其后
代生理生化特征造成影响尚不清楚 ,为此 ,笔者对 SP3 代的
宏观性状 、叶绿素及可溶性糖进行了研究。
1 材料与方法
1.1 供试材料 凤仙花(Impations balsamin)种子一组搭乘神
舟四号飞船 ,经过航天处理;另一组为相同亲代的种子 ,没有
经过任何处理。试验材料为航天诱变 SP2 代的凤仙花种子 ,
种于 2004年秋季产生 SP3 代 ,选出 6株代表植株 ,与末经过
航天诱变的 6株对照组(CK)进行对照。
1.2 方法
1.2.1 形态测定 。叶长与宽(实验组叶片有变异叶与正常
叶 ,各取 10片 ,与对照组分析时 ,只比较 10片变异叶);主茎
基部周长;全株最大展开处直径;分枝数;茎高。用聚类分
析[ 8]方法对 12个单株进行聚类运算 ,作出聚类数系图。
1.2.2 相同植株不同部位叶片的比较。测定实验组同一单
株不同部位叶片的长度与宽度 ,计算叶片长宽比并作分析。
1.2.3 叶绿素含量的测定 。分别对 12个植株取相同部位的
基金项目 四川省科技厅应用基础项目(JY029-055-2);四川省重点学
科建设项目(SZD0420)。
作者简介 陈德灿(1980-),男 ,四川广安人 ,硕士研究生 ,研究方向:植
物遗传与育种。
收稿日期 2005-12-14
新鲜幼嫩叶片 ,加少许石英砂和碳酸钙 ,加蒸馏水 5 ～ 6ml ,定
容至 10ml。用移液管吸取 2.5 ml置于一大试管中 ,加入 10
ml丙酮 ,摇匀 ,静置片刻 ,过滤上清液 ,得实验用液;比色 ,以
80%丙酮作空白对照 ,于 663和 645 nm 下读光密度 ,按照公
式[ 9] :总叶绿素=8.02×OD663 +20.2×OD645 ,算出叶绿素 a
和叶绿素 b的含量。
1.2.4 可溶性糖含量的测定。取新鲜幼嫩叶片 ,加少许乙
醚研磨 ,用 70～ 80 ℃热水洗涤 ,70 ～ 80 ℃浮育 30min ,加饱和
醋酸铅至无白色沉淀。定容至 100ml ,过滤至三角瓶(0.4 g
草酸钠),再过滤 ,得透明溶液 ,取其 1ml与 5ml蒽酮试剂混
匀 , 100 ℃水浴 10min 。冷却后于 627 nm 处比色 ,求出可溶性
糖含量[ 10] 。
2 结果与分析
2.1 聚类分析 根据测得的凤仙花形态方面的 5个数据指
标 ,对 12个单株作了聚类分析 ,结果表明(图 1):在欧氏距离
平方为 15处 ,可将 12个单株分为 3类 。第 1类仅包括 SP31
图 1 凤仙花形态聚类分析
一个植株(图 2A),基本特征是植株高大 ,其高度在测定时已
达 35.5 cm ,分枝数最多 ,达 18个 ,分得较开 ,第 1 个分枝较
高 ,主茎上部或侧枝上的叶片异常缩卷 ,狭长 ,长宽比值大 ,
最大值为 7.83 ,是正常叶片长宽比的 2倍多 ,叶片呈黄绿色 ,
安徽农业科学 , Journal of Anhui Agri.Sci.2006, 34(9):1834-1836 责任编辑 罗芸 责任校对 罗芸
叶片少 ,花多 ,花为重瓣 ,是正常花瓣的 3 倍以上 ,粉红色花
带白斑 ,茎高 ,浅红色 ,分枝茎的叶基部有膨大的节 ,其他植
株无此现象 ,总之 ,该植株花多 ,叶少 ,花朵分布均匀 ,适用于
观赏。第 2类包括 SP32 , SP33 , SP34 , SP35 , SP36 ,这几株亲缘关
系较近 ,其基本特征是矮小粗壮 ,分支数 5 ～ 12个不等 ,如
SP34号(图 2B),第 1个分枝处较低 ,花不多 ,紫色 ,叶片多且
厚 ,该植株为异型叶 ,即主茎下部叶片宽大 ,侧枝与主茎顶部
叶片细小 ,叶色较深绿 ,茎粗大 ,主茎基部最大茎周长达
7.9 cm ,茎色紫黑 。第 3类为全部 CK组系列 ,基本特征是株
形较小 ,分枝少 ,株矮 ,最高仅 14.5 cm ,花少 ,花瓣少 ,叶片稀
疏(图 2C),这几株亲缘关系较近 ,共属于一类 。
2.2 同株不同部位叶片的比较 在 SP3 代凤仙花的群体里 ,
部分植株有异型叶现象 ,主要是凤仙花在其生长前期与后期
注:A ,变异植株 SP31;B ,变异植株 SP34;C ,对照植株。
图 2 三类凤仙花形态比较
表 1 诱导组植株同株不同部位叶片长与宽比值比较
叶1 叶 2 叶 3 叶 4 叶5 叶6 叶 7 叶 8 叶 9 叶 10 平均值
SP31 正常 2.59 2.27 3.03 3.09 2.94 3.27 3.00 3.30 2.20 2.39 2.81变异 5.53 4.32 4.40 5.23 5.00 6.19 4.83 5.10 3.79 3.18 4.75
SP32 正常 2.06 1.43 2.26 2.46 3.42 3.03 3.00 3.20 2.83 2.69 2.98变异 4.48 4.42 4.24 4.93 5.21 5.11 4.67 4.63 4.42 4.67 4.68
SP33 正常 3.28 3.77 3.55 3.32 3.86 3.94 3.53 3.30 4.03 4.30 3.69变异 5.93 5.50 5.57 5.00 5.79 6.60 6.36 5.25 5.00 8.13 5.91
SP34 正常 2.68 3.17 3.40 3.00 3.00 3.86 2.83 3.35 3.57 4.00 3.29变异 2.44 2.45 2.36 1.72 2.38 2.55 2.32 1.77 2.40 2.09 2.25
SP35 正常 3.40 3.35 3.03 3.39 2.58 2.94 3.20 2.36 3.00 2.79 3.01变异 4.06 9.38 4.47 5.23 4.39 4.63 4.10 4.18 4.14 4.29 4.89
SP36 正常 3.80 4.06 4.06 3.79 3.25 3.75 4.20 3.00 3.89 3.45 3.73变异 2.32 2.54 2.04 2.30 2.13 2.72 2.00 2.48 1.83 2.23 2.26
注:表内 6个植株均经过变异 ,其主茎近基部与主茎顶部及侧枝叶型不同。
的叶片不一致 ,即主茎近基部与主茎顶部及侧枝叶不同(图 2
B标号)。由表 1可知 ,其叶片变异有 2类 ,第 1类包括 SP34
和 SP36 ,主要特征是植株主茎下部的叶即生长前期的叶近卵
圆形 ,长与宽的比值较小 ,只有 2.25 与 2.26 ,随后长出的叶
较正常 ,其长宽的比值 3.0～ 4.0 ,与没有经过航天诱变的CK
叶片一致。另一类包括 SP31、SP32、SP33、SP35 ,生长前期叶片
较正常 ,而后期叶长宽比值增大 ,达4.0以上 ,最大是 SP33达
5.91 ,叶片几乎成柳叶形。
表 2 航天诱导对凤仙花 SP3代生理指标的影响
处理 叶绿素aμg/ g
叶绿素 b
μg/ g
叶绿素(a+b)
μg/ g
叶绿素
a/b
可溶性糖量
μg/ g
SP31 0.7000 0.2700 0.970 0 3.7037 91.00
SP32 0.8970 0.3100 1.207 0 2.8935 31.00
SP33 0.6890 0.2530 0.942 0 2.7233 57.00
SP34 0.8220 0.3250 1.147 0 2.5293 84.00
SP35 1.0831 0.5740 1.657 1 1.8869 49.00
SP36 0.5490 0.3100 0.859 0 1.7709 115.00变异范围 0.5340 0.3210 0.789 0 1.9328 84.00
均值 0.7900 0.3403 1.030 3 2.5846 77.17
CK1 0.5518 0.2808 0.832 0 1.9650 327.00
CK2 0.4826 0.2899 0.782 5 1.6647 367.00
CK3 0.3217 0.2966 0.618 3 1.0846 440.00
CK4 0.4385 0.2626 0.701 1 1.6648 420.00
CK5 0.5480 0.3100 0.858 0 1.7677 450.00
CK6 0.4590 0.3463 0.805 3 1.3254 475.00变异范围 0.2301 0.0837 0.239 7 0.8804 148.00
均值 0.4667 0.2976 0.764 5 1.5785 413.00
2.3 叶绿素含量的比较 用紫外分光光度法测得的叶绿素
含量及分析结果表明(表 2),经过航天诱变的 SP3 代 6 个单
株中 ,叶绿素 a含量最大达 1.0831μg/g ,最小为 0.5490μg/g ,
变异范围为 0.534 0μg/g ,平均值 0.790 0μg/g;而 6个对照组
中 ,叶绿素 a的平均值为 0.466 7 μg/g ,变化范围为 0.230 1
μg/g。试验表明 ,通过诱变 ,叶绿素 a的含量增加了 ,且个体
之间的差异也极大 ,最大值是最小值的 2倍以上 ,达极显著
差异 。而叶绿素 b的含量略有增加 ,没有叶绿素 a增幅大 ,
相应叶绿素 a/b的比值增大 ,结果总光合色素增大 。但实验
组与 CK 组的叶绿素最大吸收峰没有变 ,仍然是 663 和
645 nm。
2.4 可溶性糖含量的比较 结果表明(表 2),经过航天诱变
的可溶性糖含量最大值为 91.00mg/g ,最小值是 31.00 mg/g ,
平均 77.1667 mg/g;而对照组中最大值为 475.00 mg/g ,最小
值为 327.00 mg/g ,实验组的最大值比对照组的最小值小 ,经
航天诱变 ,可溶性糖含量的变异达极显著水平 ,其含量极大
地减少。
3 讨论
在近地空间许多因素[ 11] ,如微重力 、高真空 、宇宙射线 、
重粒子 、交变磁场以及其他一些未知因素都会对卫星搭载的
植物细胞结构和功能造成影响 ,进而出现了形态与生理等方
面的变异。汤泽生等考查凤仙花 SP1 代形态及细胞方面 ,发
现部分诱导植株存在很大程度的变异 ,并且出现减数分裂过
程紊乱 ,分裂后形成的小孢子染色体数目多变 ,但这种诱变
是否会持续影响后代 ,笔者对 SP2 代植株性状及减数分裂进
行了观察研究 ,发现在 SP2代仍然出现植株性状的分化和染
色体异常 ,只是程度比 SP1代小(另文发表),表明到 SP2 代尚
未稳定 ,通过对 SP3 代植株的性状及生理指标的考查 ,发现
183534卷9期 陈德灿等 航天诱导凤仙花 SP3代植株形态及生理的研究
空间诱变对 SP3代仍然存在影响。
3.1 形态方面的变异 通过聚类分析 ,SP3 代存在巨大差
异 ,还没有稳定 ,且筛选出 2类新的具有一定市场价值的植
株。第一类叶片极多 ,且厚 ,叶色深绿 ,茎粗壮有力 ,外形似
灌木 ,且同株不同部位叶片存在巨大差异(花相对较少),叶
片有观赏性 ,生长周期长 ,这对植物育种有一定意义。另一
类花多 ,叶片相对较少 ,花重瓣 ,粉红带白斑 ,主茎顶部见开
花 ,株型好。聚类分析与形态观察具较好的一致性 ,其分析
结果对育种有一定参考价值。
相同植株不同部位的叶片形态不同 ,是植物叶形态多样
性现象之一 ,文献[ 8]中报道了在自然进化过程中叶片的多态
性 ,其变异是渐进式的 ,而在航天诱变凤仙花不同生长发育
期 ,叶片变异是爆发式的 ,变异处的 2叶片截然不同 ,这可能
与遗传变异有关。
3.2 生理指标的差异 实验结果表明 ,经过航天诱变的凤
仙花叶绿素和可溶性糖含量存在巨大变异。叶绿素 a与叶
绿素 b受影响不一样[ 12] ,叶绿素 a显著增加 ,叶绿素 b 增加
不大 ,从而使叶绿素 a与叶绿素 b的比值升高 ,总光合色素
含量增大 ,表明叶绿素 a比叶绿素 b对空间条件更敏感。另
据文献[ 13] ,空间诱导使玉米叶绿素总量降低 ,且叶绿素 b下
降幅度大于叶绿素 a ,使得叶绿素 a与叶绿素 b的比值增加 ,
2种相反结果的变异可能与不同植物种类有关。
纵观CK组与实验组叶绿素和可溶性糖类含量 ,发现无
论是组内还是组间 ,叶绿素含量与可溶性糖类含量存在某种
负相关:一个植株叶绿素含量高 ,其可溶性糖含量相对较少 ,
这与 Shihara-Ishikawa等[ 14]认为有机碳源是形成叶绿体的抑
制因子观点一致。
以上结果说明 ,航天诱变不仅能够引起宏观性状 、减数
分裂染色体行为的变化 ,也能够引起生理 、生化方面的变化 ,
而且这种诱导处理能够持续影响到 SP3代 , 因此利用航天育
种 ,需经过多个世代的选择才能够得到稳定的新型突变
品系 。
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(上接第 1833页)
苹果幼树移栽时施用效果均非常显著 ,是提高苹果树移栽
成活率 ,增加效益的一个重要措施 。
表2 保水剂对苹果幼树形态指标的影响 2004年
处理 树高
m
树粗
m
一级分枝
个/株 长∥cm/个 粗∥cm/个
二级分枝
个/株 长∥cm/个 粗∥cm/个
生长量
cm3/株
E 1.72 2.22 10.1 82.50 0.94 6.4 53.07 0.66 21 158.565
F 1.80 2.25 8.6 90.83 0.97 8.6 63.49 0.65 15 900.350
CK 1.42 1.40 5.6 68.87 0.79 0.2 2.35 0.03 1 636.510
增值率∥% E 21.41 57.99 80.36 19.79 18.54 3100 2158.30 1923.85 1 192.910
F 27.00 60.77 53.57 31.88 21.06 4200 2601.57 1909.54 871.600
均值 24.21 59.13 66.97 25.84 19.80 3650 2379.94 1916.70 1 032.260
日产保水剂 E、F不仅在苹果幼树移栽时效果明显 ,而
且对毛白杨 2～ 3年生大龄苗夏季移栽效果也非常显著 。
3 结论与讨论
(1)保水剂明显地提高了苹果移栽的成活率 ,尤其是在
干旱条件下效果更显著 。
(2)保水剂能促进苹果树体的生长量。当年调查保水
剂处理比对照的株高增值率 19.72%,茎粗增值率 38.9%,
分枝数增加 34.38%;第 3年调查 ,保水剂处理的生长量比
对照增加 1 032.26%。
(3)保水剂促进苹果树的发育 ,缩短了花前成熟期 ,比
对照提前 1年结果。
(4)保水剂提高了苹果的产量和质量。
综上所述 ,笔者认为 ,在苹果树移栽中施用保水剂是果
农致富的一条重要 、可行的技术措施。
1836 安徽农业科学 2006年