全 文 ：卫星搭载对新麦草二代种子活力的影响
任卫波1 ,韩建国1 ,张蕴薇1 ,郭慧琴3 ,曹　哲1 ,王致平2
(1.中国农业大学 草地研究所 ,北京　100094;2.北京飞鹰绿色食品有限公司 ,
北京　101401;3.内蒙古农业大学 生物工程学院 ,内蒙古 呼和浩特　010018)
　　摘要:不同含水量的新麦草种子经卫星搭载 ,返回后对其二代种子进行室内分析。结果发现 ,卫星搭载
对新麦草二代种子发芽能力 、种苗生长 、种子浸出液电导率有显著影响 ,具体变化因品种而异。种子含水量
对卫星搭载效应有重要影响 ,当含水量为 10%～ 12%,卫星搭载效应减弱;当含水量偏离这一范围时 ,卫星搭
载效应增强。
　　关键词:卫星搭载;种子含水量;新麦草;种子活力
　　中图分类号:S 330.3　　文献标识码:A　　文章编号:1009-5500(2007)01-0042-04
　　空间搭载是研究空间环境(重粒子辐射 、微重力
等)对搭载生物材料生长发育 ,生理生化及遗传特性的
影响 ,同时还可以利用产生的有益突变体对生物材料
进行改良研究[ 1] 。已有的研究表明 ,空间搭载对植物
种子活力影响因物种而异。小麦(Trit icum sesti-
vum),油松(Pinus tabulae formis)和三色堇(Viola
tricolor)种子搭载后发芽率 、发芽势显著提高 ,活力提
高;而水稻(Oryza sativa),西瓜(Citrullus lanatus)和
番茄(Lycopersicon esculentum)等种子搭载后发芽率 、
存苗率低于对照;玉米(Zea mays)、紫花苜蓿(Medi-
cago sat iva)等种子搭载后发芽率无明显改变[ 2 ～ 4] 。目
前 ,对空间搭载后种子活力的研究多停留在种子发芽
率的单一比较上 ,很难全面反应空间搭载对种子活力
的影响 ,而且多数只对搭载当代种子进行研究 ,对后续
世代的研究不多 。
　　种子水分对种子活力及其生理状态有重要影
响[ 5] ,而且搭载时种子所处的生理状态直接影响着空
间诱变的效率 ,因此 ,种子水分可能也是影响卫星搭载
诱变效果的重要因素 ,两者存在一定程度上的协作效
应。王广金等[ 2] 的研究证实 ,水+卫星搭载处理的后
代植株的株高 、分蘖数 、株粒重 、千粒质量显著高于单
　　收稿日期:2006-07-05;修回日期:2006-09-21
　　基金项目:国家自然科学基金“牧草种子空间诱变变异的
鉴定筛选及分子遗传机理研究”(30400309)
　　作者简介:任卫波(1979-), 男 , 山西晋城人 , 在读博士生 ,
主要研究方向牧草育种。张蕴薇为通讯作者。
纯水处理 。开展种子水分对空间诱变影响研究将有助
于探索水分对卫星搭载影响的规律 ,为今后卫星搭载
选取合适的种子含水量 ,提高诱变效率提供参考 。国
内对植物种子搭载效应已有大量的研究 ,但目前有关
种子水分对卫星搭载效应的影响的后续研究却很少。
　　首先对新麦草搭载二代种子活力进行了研究 ,以
期获得空间条件对种子活力影响规律及其遗传性;其
次采用水分梯度研究了种子水分对新麦草(P sathy-
rostachy s juncea)卫星搭载第二代种子活力的诱变效
应 ,旨在探索水分对空间搭载效应影响的特点和规律 ,
为寻找最优水分和搭载效应组合 ,提高诱变效率提供
参考 。
1　材料和方法
1.1　材料
　　供试材料是 2个新麦草品种:山丹新麦草和 Bo-
zoisky 。山丹新麦草于 2002年采自河北坝上鱼儿山牧
场;Bozoisky 为 2002年自美国进口 。选择子粒饱满 、
大小一致的种子 ,4 ℃冰箱保存。
1.2　测定内容和方法
1.2.1　搭载处理　将精选后的牧草种子分为 2份:一
份作地面对照(CK),另一份用于搭载。搭载前对种子
进行水分预处理 , 将种子水分分别调为原始水分
(8.9%)、 10%、12%、14%。将处理好的种子封入布
袋 ,搭载我国发射的第十八颗返回式地球卫星(2003
年 11月 3日 ～ 2003年 11 月 21日)进行空间诱变处
理。卫星轨道倾角为 63°,远地点 350 km ,近地点 200
42 Grassland and Turf　　(Bimonthly)　　2007　　No.1　　(Sum 　No.120)
km ;飞行期间平均辐射剂量 0.102 mGy/d , 周期 90
min ,时间 18 d[ 5] 。
1.2.2　田间种植与管理　2004年 3月 2日搭载种子
和地面对照种子在温室育苗。同年 5 月 2 日移栽大
田 ,株行距为 50 cm ×60 cm ,搭载组按照水分处理分
为 4个小区 ,另设 1 个地面对照小区 ,共 5个小区 ,进
行田间生物学观察。
　　2005年 6月收获搭载二代种子 ,风干储藏 。室内
发芽分析于 2006年 1 ～ 3月进行。
1.2.3　种子含水量　按照国际种子检验规程[ 6] ,先对
山丹新麦草种子原始含水量进行测定 ,然后将待处理
的种子装入铝箔袋中 ,按下述公式分别计算含水量达
到 10%,12%和 14%时应加入的水量 ,将所需的水注
入铝箔袋中 ,封口后轻微晃动使种子与水均匀混合 ,水
平置于 10 ℃恒温培养箱中 24 h ,前 4 h每 1 h翻转 1
次。之后 ,再转入恒温发芽箱 45 ℃下 24 h 即可。含
水量计算公式如下:
　　W 2 =W 1 ×(100-A)/(100-B)
　　式中:A-种子初始含水量(%), B-所要达到的
含水量(%),W 1 -称取的种子重量(g),W 2 -种子加
水后重量(g)。
1.2.4　标准发芽率和发芽势　采用纸上发芽 ,种子 5
℃预冷 7 d后移入发芽箱 ,每天光照 8 h ,温度 30 ℃;
黑暗 16 h ,温度 20 ℃。初次计数第 5 d ,末次计数第
14 d[ 7] 。共 8个处理 ,每处理 3次重复 ,每重复 100粒
种子 。
　发芽势=(前 5 d正常种苗数/供试种子数)×100
　发芽率=(前 14 d正常种苗数/供试种子数)×100
1.2.5　发芽指数和活力指数　任选种子 50粒 ,重复
3次(其他条件同标准发芽实验),从种子萌发开始计
数到第 7 d为止 ,种苗长度在第 3 d 测量 ,计算新麦草
种子活力指数和发芽指数[ 8] 。
　　发芽指数 GI =∑(Gt/D t)
　　活力指数 V I =∑(Gt/Dt)×S
　　式中 ,Gt 为 t 日的发芽数 , Dt 为相应的发芽日数 ,
S 为萌发第 3 d种苗芽长 。
1.2.6　种苗芽长 ,根长及种苗干鲜重　发芽条件同
1.2.4 ,第 5 d测量种苗平均芽长 ,根长;第 14 d测量种
苗平均芽长 ,根长 ,平均种苗鲜重 、干重(105 ℃烘干 5
h),计算种苗水分含量 、干物质含量 、芽根比 。
　水分含量=(种苗鲜重-种苗干重)/种苗鲜重×100
　　干物质含量=(种苗干重/种苗鲜重)×100
　　根芽比=芽长/根长
1.2.7　电导率测定　取种子 50粒称重 ,重复 3次 ,用
去离子水洗 5次 ,吸干表面浮水 ,置于 100 mL 的三角
瓶 ,以未搭载种子为对照 ,加去离子水 80 mL ,加盖后
在 20 ℃恒温培养箱中放置 24 h ,用 DDS-307 型电导
仪测定。
　　种子电导率=(浸出液电导率-对照电导率)/种
子重[ 7] 。
1.3　数据处理
　　数据结果用 Excel和 SPSS12.0统计软件分析 。
2　结果与分析
2.1　卫星搭载后新麦草二代种子各发芽指标变化
　　山丹新麦草卫星搭载二代种子的发芽指数 、活力
指数低于地面对照 ,且差异显著(P <0.05),标准发芽
率和种子发芽势没有显著差异;Bozoisky 搭载二代种
子的发芽指数和活力指数高于地面对照 ,且差异显著
(P<0.05)(表 1)。结果表明 ,卫星搭载对新麦草二
代种子发芽率没有显著影响 。二代种子发芽指数 ,活
力指数与地面对照有显著差异 ,而且这种影响因品种
而异 ,山丹搭载后活力指数 、发芽指数降低 ,而 Bo-
zoisky 则表现为增加 ,这可能与 2个品种的遗传背景
不同有关 。
　　不同含水量处理组与地面对照组之间各项发芽指
标如发芽率 、发芽势 、活力指数 、发芽指数等都存在显
著差异 。其中 ,含水量 14%组二代种子发芽率 、发芽
势 、发芽指数 、活力指数最低 ,差异显著(P<0.05);含
水量 10%组 ,12%组的发芽率 、发芽势 、发芽和活力指
数最高 ,差异显著(P<0.05)(表 1)。
2.2　卫星搭载后新麦草二代种子不同时期种苗芽长 ,
根长及芽根比
　　卫星搭载后二代种子发芽早期(发芽第 5 d)幼苗
种芽生长受到抑制 ,根生长受到促进 ,表现为根长增
加 ,芽长 、芽根比显著降低;发芽后期(发芽第 14 d)种
芽生长的抑制得到恢复 ,表现为芽长无显著差异 ,但根
长的促进效应依然存在 ,表现为根长的显著增加 。与
地面对照相比 ,山丹新麦草搭载二代种子发芽第 5 d
根长增加 ,芽长 、芽根比降低 ,差异显著(P <0.05)。
在发芽第 14 d时 ,根长显著增加 ,芽根比显著降低 ,芽
长无显著差异 。新麦草 Bozoisky 发芽第 5 d的种芽芽
43草原与草坪　　2007年　　第 1期　　总第 120期
长 、根长显著降低(P <0.05),根长 、芽根比增加。发
芽第 14 d种苗根长显著增加 ,芽根比显著降低 (P<
0.05),芽长无显著差异(表 2)。
2.3　卫星搭载后新麦草二代种子种苗干重 ,鲜重及种
苗干鲜重比
　　与地面对照相比 ,山丹新麦草搭载二代种子干重 、
种苗干物质含量略有降低 , 差异不显著;新麦草 Bo-
zoisky 搭载二代种子的种苗干重 、种苗干物质含量增
加 ,种苗鲜重 、种苗含水量降低 ,差异均达显著水平(P
<0.05)。结果表明 ,卫星搭载对新麦草二代种子种苗
干鲜重的影响因品种而异 ,Bozoisky 种苗生物量增加 ,
表现为种苗干重增加 ,种苗含水量的降低(表 3)。
　　水分处理结果表明 ,不同含水量处理组与地面对
照组之间干鲜重有显著差异 。其中含水量 12%组种
苗干重 、干物质含量最高 ,差异显著(P <0.05);原始
含水量和 14%含水量组种苗干重 、干物质含量最高 ,
差异显著(P <0.05)(表 3)。
2.4　卫星搭载后新麦草搭载二代种子浸出液电导率
　　种子浸出液电导率是种子活力的主要指标。结果
表明 ,与对照相比 ,新麦草山丹搭载二代种子的浸出液
电导率高于地面对照 ,差异显著(P <0.05);新麦草
Bozoisky 则显著低于地面对照(表 3)。说明卫星搭载
对新麦草二代种子浸出液电导率的影响因品种而异。
　　不同含水量处理组与地面对照组之间二代种子浸
出液电导率存在显著差异 。其中含水量 14%组浸出
液电导率最高 ,差异显著(P <0.05);含水量 10%组 ,
12%组的浸出液电导率最低 , 差异显著(P < 0.05)
(表 3)。
表 1　卫星搭载对新麦草二代各发芽指标的影响
Table 1　Effect of spaceflight on Psathyrostachy s j uncea second generation seed germinate rate and germinate energy
品种 种子含水量/ % 处理 正常种苗数 不正常种苗数 标准发芽率/ % 种子发芽势/ % 发芽指数 活力指数
山丹 8.99 对照 76.66a 2.33a 76.66a 69.33b 58.33b 276.30b
8.99 搭载 78.33a 0.00a 78.33a 68.67b 39.72c 168.78d
10 　　搭载 78.33a 1.33a 78.33a 78.33a 67.42a 332.48a
12 　　搭载 68.00b 4.33a 68.00b 77.67a 71.33a 342.67a
14 　　搭载 59.33c 3.67a 59.33c 65.67b 54.00b 219.53c
Bozo isky - 对照 50.00a 1.33b 50.00a 53.33b 43.22b 232.92b
- 搭载 54.00a 4.00a 54.00a 78.33a 62.31a 297.17a
表 2　卫星搭载对新麦草二代种苗生长的影响
Table 2　Ef fect of spaceflight on Psathy rostachys j uncea second generation seedling growth
品种 种子含水量 处理
幼苗生长时期
第 5 d 第 14 d
芽长/ cm 根长/ cm 芽根比 芽长/cm 根长/ cm 芽根比
山丹 8.99 对照 4.733 3a 2.366 7b 2.004 2a 8.666 7ab 3.733 3c 2.322 1a
8.99 搭载 4.233 3b 2.766 7a 1.545 1b 8.600 0b 5.000a 1.723 9c
10 搭载 4.933 3a 1.833 3c 2.283 7a 9.266 7a 4.533 3b 2.044 8b
12 搭载 4.800 0a 2.066 7bc 2.321 4a 9.133 3ab 3.000 0d 2.485 6a
14 搭载 4.066 7b 2.166 7bc 2.238 4a 7.433 3c 4.800 0ab 1.903 8bc
Bozo isky - 对照 5.400 0a 3.700 0a 1.459 5a 10.966 7a 5.266 7b 2.083 7a
- 搭载 4.766 7b 3.800 0a 1.493 9a 10.566 7a 6.300 0a 1.683 1b
表 3　卫星搭载对新麦草二代种苗质量指标的影响
Table 3　Effect of spaceflight on Psathyrostachys juncea second generation weight seedling
品种 种子含水量/ % 处理
种苗鲜
重/ g
种苗干
重/g
种苗含水
量/ %
种苗干物
质含量/ %
种子电导率
/μs·(cm· g)-1
山丹 8.99 对照 0.147 8b 0.202 9b 84.55b 15.44b 222.81b
8.99 搭载 0.156 3ab 0.202 5b 85.60ab 14.39bc 246.47a
10 搭载 0.181 5a 0.233 7b 87.15a 13.82bc 219.79b
12 搭载 0.166 6ab 0.303 3a 81.75c 18.24a 234.32b
14 搭载 0.148 6b 0.204 3b 86.17ab 12.84c 257.83a
Bozoisky - 对照 0.218 9a 0.206 3b 87.96a 12.03b 286.36a
- 搭载 0.151 3b 0.207 9a 81.51b 18.49a 209.09b
44 Grassland and Turf　　(Bimonthly)　　2007　　No.1　　(Sum 　No.120)
3　结论与讨论
　　(1)卫星搭载对新麦草二代种子发芽有促进作用 ,
表现为标准发芽率 ,正常种苗数的增加 。卫星搭载对
二代种子发芽势 、发芽指数 、活力指数的影响因品种而
异 ,Bozoisky 表现为增加正效应 ,山丹表现为负效应 ,
这可能与 2个品种的遗传背景不同有关。郑积荣等[ 9]
研究发现空间搭载对葫芦种子发芽影响因品种而异 ,
品种 C10-6搭载后发芽率极显著高于地面对照 ,而品
种 C10-5发芽率略低于对照 ,差异不显著;2个品种的
发芽势都显著低于对照 ,与本试验结果一致。
　　(2)卫星搭载对种苗生长的影响因发育时期而异 。
幼苗发育早期(发芽第 5 d)幼苗种芽生长受到抑制 ,种
根生长受到促进 ,表现为根长增加 ,芽长 、芽根比显著
降低;等到发育后期(发芽第 14 d)种芽生长的抑制得
到恢复 ,表现为芽长无显著差异 ,但根长的促进效应依
然存在 ,表现为根长的显著增加。
　　(3)卫星搭载对新麦草二代种子种苗干鲜重的影
响因品种而异 。新麦草 Bozoisky 表现为种芽干重增
加 ,种芽含水量的降低;新麦草山丹则无显著变化 。
　　(4)电导率测定是间接评价种子质膜完整性的方
法。卫星搭载对新麦草种子浸出液电导率的影响因品
种而异。新麦草 Bozoisky 表现为搭载后二代种子浸
出液电导率显著降低;新麦草山丹则表现为增高 ,而且
电导率的变化趋势与种子活力指数 、发芽指数的变化
趋势刚好相反 。已有研究表明 ,种子浸出液电导率与
种子活力呈负相关 ,其原因是高活力种子细胞膜完整
性好 ,浸入水中后渗出可溶性物质少 ,电导率低 。低活
力种子膜完整性差 ,浸出液电导率就高[ 6 ～ 10] 。
　　(5)种子含水量与卫星搭载的诱变效应存在互作 。
当种子含水量接近 10%～ 12%时 ,搭载种子对空间飞
行条件有较强的抗性 ,表现为搭载效应最低;当种子含
水量远离这一范围时 ,搭载种子对空间条件渐为敏感 ,
表现为诱变效应增加 ,这说明搭载种子含水量对空间
诱变效率有重要影响 。当然随着含水量的进一步增
加 ,诱变效应是否会随着增加还有待于进一步研究。
参考文献:
[ 1] 　刘敏 , 薛淮 ,潘毅 , 等.地球外空间环境引起植物变异的研
究进展[ J] .细胞生物学杂志 , 2003 , 25(3):161～ 163.
[ 2] 　王广金 , 闫文艺 , 孙岩 , 等.春小麦航天育种效果的研究
[ J] .核农学报 , 2004 , 18(4):257～ 260.
[ 3] 　严文潮 , 徐建龙 ,俞法明 , 等.不同早籼基因型水稻的空间
诱变效应的研究[ J] .2004 , 18(3):174 ～ 178.
[ 4] 　张蕴微 , 韩建国 ,任卫波 , 等.植物空间诱变育种及其在牧
草上的应用[ J] .草业科学 , 2005 , 22(10):59～ 63.
[ 5] 　温贤芳 , 张龙 ,戴维序 , 等.天地结合开展我国空间诱变育
种研究[ J] .核农学报 , 2004 , 18(4):286～ 288.
[ 6] 　韩建国.实用牧草种子学[ M] .北京:中国农业大学出版
社 , 1997.153～ 155.
[ 7] 　李玉荣 , 韩建国 ,孙彦 , 等.新麦草种子劣变过程中生理生
化的变化[ J] .草地学报 , 2005 , 13(5):180～ 184.
[ 8] 　王显国 , 韩建国 ,陈志红 , 等.新麦草种子成熟过程中活力
变化的研究[ J] .草地学报 , 2000 , 8(14):306～ 341.
[ 9] 　郑积荣 , 王慧俐 ,黄凯美 , 等.飞船搭载葫芦种子 SP1 的变
异效果初报[ J] .浙江农业科学 , 2005 ,(1):7 ～ 10.
[ 10] 　韩建国 ,毛培胜 ,牛中联 , 等.老芒麦种子发育过程中的
生理生化变化[ J] .草地学报 , 2000 , (3):237 ～ 244.
Effects of seed moisture content on Psathyrostachys j uncea second
generation seed vigor by spaceflight treatment
REN Wei-bo1 , HAN Jian-guo1 ,ZHANG Yun-wei1 ,GUO Hui-qin3 ,
CAO Zhe1 ,WANG Zhi-ping 2
(1.I nstitute of Grassland Science , China Agricultural University , Bei jing 10094 , China;2.F ly-hawk Healthy Food Company
L td , Beij ing 101400 , China;3.I nstitute of Bioengineer S cience , I nner Mongolia Agricultural University , Huh′hot 010018 , China)
　　Abstract:Psathy rostachy s j uncea second generation seed vigo r was analyzed ,which w as t rea ted by carrying
into recoverable satelli te in 2003.The results show that Space f light has great ef fect on seed germinate rate and
germinate energy , seedling g row th , weight seedling and so on.Seed changes varied w ith different cultivar.Seed
moisture content has g reat effect on seeds carried into space.The ef fect of space f light on seed is weakened when
the seed moisture content appro aching 10%～ 12%, reve rsely the effect is st reng thened.
　　Key words:space f light;seed moisture content;Psathy rostachy s juncea ;seed vigo r
45草原与草坪　　2007年　　第 1期　　总第 120期