全 文 ：第 39 卷 第 6 期 东 北 林 业 大 学 学 报 Vol． 39 No． 6
2011 年 6 月 JOURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITY Jun． 2011
第一作者简介:张建芳，男，1982 年 2 月生，四川农业大学风景园
林学院，硕士研究生。
通信作者:潘远智，四川农业大学风景园林学院，教授;E － mail:
scpyzls@ 163． com。
收稿日期:2010 年 11 月 15 日。
责任编辑:李金荣。
航天诱变对须苞石竹 SP1 代植株生理指标及抗氧化酶的影响
张建芳 杨学军
(四川农业大学，成都，611134) (北京市农林科学院北京草业与环境研究发展中心)
潘远智 滕文军 袁小环 晁公平 武菊英
(四川农业大学) (北京市农林科学院北京草业与环境研究发展中心)
摘 要 利用第 21 颗返回式卫星搭载须苞石竹干种子返地后，将其播种、栽培后测定生理指标，其中包括光
合色素(叶绿素 a、b)质量分数、超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性、丙
二醛(MDA)质量摩尔浓度及脯氨酸质量分数。研究了太空环境对须苞石竹 SP1 代植株的诱变效应。结果表明，
其植株叶片中光合色素(叶绿素 a、b)质量分数明显低于地面未经搭载的须苞石竹;而 SOD、POD、CAT活性和MDA
质量摩尔浓度均明显高于地面未经搭载的须苞石竹;脯氨酸质量分数和叶绿素 a /b变化不显著。
关键词 空间搭载;须苞石竹;叶绿素;抗氧化酶活性;丙二醛;脯氨酸
分类号 S722． 3 + 5
Cytological Effect of Space Flight on Physiological Indexes and Antioxidant Enzymes of SP1 Generation of Dian-
thus barbatus /Zhang Jianfang(College of Landscape Architecture，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611134，P．
R． China) ;Yang Xuejun(Beijing Research and Development Center for Grasses and Environment，Beijing Academy of
Agriculture and Forestry Sciences) ;Pan Yuanzhi(Sichuan Agricultural University) ;Teng Wenjun，Yuan Xiaohuan，Chao
Gongping，Wu Juying(Beijing Research and Development Center for Grasses and Environment，Beijing Academy of Agri-
culture and Forestry Sciences)/ / Journal of Northeast Forestry University． － 2011，39(6)． － 24 ～ 25，37
Dry seeds of Dianthus barbatus L． were carried by China’s 21st recoverable satellite to study the effects of mutagene-
sis caused by space flight． Then the seeds were sowed and cultivated in the field． Contents of chlorophyll-a，chlorophyll-b，
MDA and proline as well as activities of SOD，POD，CAT in D． barbatus seedlings were determined to discuss the cytolog-
ical effect of space flight． Results indicated that，compared with the non-radiated seedlings，the contents of chlorophyll-a
and chlorophyll-b of the radiated seedlings were lower，and the activities of SOD，POD，CAT and the MDA content were
obviously higher． Proline content and chlorophyll a /b ratio did not change significantly．
Keywords Space flight;Dianthus barbatus;Chlorophyll;Antioxidant enzymes;MDA;Proline
航天诱变育种是利用返回式卫星或高空气球搭载植物种
子、组织、器官或生命个体等到太空，利用太空特殊环境使植
物后代产生正向或负向的变异，再通过地面选育，培育植物新
品种的方法［1］。植物种子经过强辐射、微重力、高真空、弱磁
场等宇宙空间特殊环境诱变因子作用，对植物以后的生长、发
育、分化等都会产生巨大的影响。前人的研究对象多集中于
农作物和蔬菜，花卉植物的报道较少，且研究工作多集中在田
间观察、形态学等方面［2 － 7］。诱变育种能突破原有基因库的
限制，诱发新基因或新的基因组合，形成有现实或潜在利用价
值的新种质资源［8］。研究表明:当植物种子经空间搭载、回
收、种植后，其形态、生理、遗传特性等会发生变化，但不同植
物变异程度和规律差异较大［2 － 7，9］。
须苞石竹(Dianthus barbatus L．)又名美国石竹、五彩石
竹、十样锦，为石竹科石竹属多年生宿根草本植物，成株株高
在 50 ～ 60 cm，可进行播种和扦插繁殖。须苞石竹耐寒性强，
需经低温春化才能开花，花色极其丰富，观赏性高，是优良的
庭园花卉，在园林中应用较广泛。文中对须苞石竹种子经返
回式卫星搭载后 SP1 代植株生理指标及抗氧化酶活性的变化
进行了研究，探寻其变异规律，为须苞石竹新品种培育提供理
论依据。
1 材料与方法
材料来源:以须苞石竹种子为材料，将种子分为两组:一
组为试验组，另一组为对照组。将实验组的须苞石竹送往甘
肃酒泉卫星发射基地，搭载于第 21 颗返回式卫星，2005 年 8
月 2 日从酒泉卫星发射中心发射升空，在太空运行了 27 d，于
2005 年 8 月 29 日返回地面。将搭载过的种子放入干燥皿中，
置于冰箱中 4 ℃条件下保存。
试验设计:2007 年 8 月 10 日，将试验种子和对照种子在
日光温室中采用点播法分别播种于 128 个孔的两个穴盘中，
基质为草炭，覆盖 2 ～ 3 mm 细沙，每重复 3盘。温室日温 25 ～
35 ℃，夜温 20 ～ 25 ℃，保持表土湿润，出苗后长出 8 片真叶时
移栽于直径为 18 cm 的塑料盆中，基质为草炭 +蛭石(V(草
炭)∶ V(蛭石)= 1∶ 1) ，对照种子获得 50 株。航天搭载种子
获得 SP1 代 25 个株系，将其编号记为 SP1 － 1 ～ SP1 － 25。
2008 年 7 月—2009 年 8 月，将 SP1 代植株扦插繁殖 3 次，2009
年 9 月，选择每个株系中 10 株健壮植株，移栽于塑料大棚中
直径为 18 cm的塑料盆中，经低温春化后，2010 年 1 月底移至
日光温室，温室的昼夜温度为 15 ～ 25 ℃，昼夜空气相对湿度
为 80% ～95%。
生理生化指标测定:3 月份植株开花后，于 09:00 自上而
下至第 6 个叶片的中部进行取样，测定生理生化指标，因 SP1
－ 4 号植物长势不良，选用剩下的 24 个株系，每个株系 3 株
重复。对照采用从 50 株中随机选择 5 株来进行测定。
叶绿素质量分数采用分光光度法［10］55 － 56、丙二醛质量摩
尔浓度采用硫代巴比妥酸法［10］124 － 125，超氧化物歧化酶
(SOD)活性采用 NBT光还原法［10］126 － 127，游离脯氨酸(Pro)质
量分数采用印三酮法［11］，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木
酚法［12］，过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸光法［13］。
2 结果与分析
2． 1 叶绿素质量分数的差异
从表 1 可以看出，与对照相比，经航天诱变的须苞石竹
SP1 植株叶片叶绿素 a和 b质量分数的变异幅度和变异系数
都显著增大，SP1 代 24 个株系之间差异显著，最大值是最小
值的 2 倍以上，这样为选择有利的突变体提供了可能性。方
差分析表明，航天诱变后叶绿素 a 和 b 的质量分数都显著降
低(p ＜ 0． 01) ，并且叶绿素 b降低幅度(43． 5%)大于叶绿素 a
的降低幅度(38． 8%) ，说明前者对空间环境更敏感。由于叶
绿素 b的降幅大于叶绿素 a，导致叶绿素 a /b 增大，但没有达
到显著水平。
表1 航天搭载对须苞石竹 SP1 植株叶片中光合色素质量分数的影响
光合色素 组别 变异幅度 /mg·g －1 平均值 /mg·g －1 变异系数 /%
叶绿素 a SP1 0． 804 ～ 2． 077 1． 390＊＊± 0． 314 22． 62
CK 2． 031 ～ 2． 481 2． 272 ± 0． 619 7． 44
叶绿素 b SP1 0． 339 ～ 0． 736 0． 555＊＊± 0． 115 20． 80
CK 0． 889 ～ 1． 071 0． 982 ± 0． 080 8． 11
叶绿素 a /b SP1 2． 145 ～ 2． 925 2． 493 ± 0． 165 6． 64
CK 2． 237 ～ 2． 392 2． 297 ± 0． 600 2． 59
注:＊＊表示在0． 01水平显著;叶绿素质量分数均在鲜质量下测得。
2． 2 脯氨酸和丙二醛质量分数的差异
从表 2 可以看出，与对照相比，经航天诱变的须苞石竹
SP1 植株叶片脯氨酸质量分数的变异幅度和变异系数显著增
大。SP1 代 24 个株系之间差异极大，最大值为 80． 783 μg /g，
最小值为 9． 619 μg /g，最大值是最小值的 8 倍以上。试验组
与对照组相比脯氨酸质量分数增加 34． 3%，方差分析表明航
天诱变后植株叶片脯氨酸质量分数的差异未达显著水平。
与对照相比，SP1 植株叶片丙二醛质量摩尔浓度的变异
幅度和变异系数也显著增大。SP1 代 24 个株系之间差异极
大，最大值为 13． 637 nmol /g，最小值为 3． 136 nmol /g，最大值
是最小值的 4 倍以上，为筛选抗逆品种提供了可能性。试验
组与对照组相比丙二醛质量摩尔浓度增加 52． 3%，方差分析
表明航天诱变后植株叶片丙二醛质量摩尔浓度显著增加(p
＜ 0． 05) ，说明空间环境对 SP1 代植株细胞膜影响严重。
表 2 航天搭载对须苞石竹 SP1 植株叶片中脯氨酸及丙二醛的影响
统计指标
脯氨酸质量分数 /μg·g － 1
SP1 CK
丙二醛质量摩尔浓度/nmol·g －1
SP1 CK
变异幅度 9． 619 ～80． 783 17． 179 ～22． 056 3． 136 ～13． 637 4． 218 ～6． 021
平均值 26． 628 ±19． 180 19． 822 ±1． 969 7． 809* ±2． 591 5． 129 ±0． 712
变异系数 /% 72． 03 9． 93 33． 18 13． 88
注:* 表示在 0． 05 水平显著。
2． 3 抗氧化酶活性的差异
从表 3 可以看出，与对照相比，经航天诱变的须苞石竹
SP1 植株叶片 SOD活性的变异幅度和变异系数变化不大，且
SP1 代 24 个株系之间的差异也不显著。试验组与对照组相
比 SOD活性增加 9． 8%，方差分析表明航天诱变后植株叶片
SOD活性显著增加(p ＜ 0． 05)。
与对照相比，SP1 植株叶片 POD 活性变异幅度和变异系
数显著增大。SP1 代 24 个株系之间的差异显著，其中最小值
为 185． 185 μg /g，最大值为 491． 852 μg /g，最大值是最小值的
两倍以上。试验组比对照组 POD活性增加 66． 1%，方差分析
表明航天诱变后植株叶片 POD活性显著增加(p ＜ 0． 01)。
与对照相比，SP1 植株叶片过氧化氢酶(CAT)活性的变
异系数变化不大。SP1 代 24 个株系之间的差异显著，最大值
为 320． 444 U /(g·min) ，最小为 119． 556 U /(g·min) ，最大
值是最小值的两倍以上。试验组与对照组相比 CAT 活性增
加 87． 6%，方差分析表明航天诱变后植株叶片 CAT活性显著
增加(p ＜ 0． 01)。
表 3 航天搭载对须苞石竹 SP1 植株叶片中抗氧化酶活性的影响
抗氧化酶 组别 变异幅度 /U·g －1·min －1平均值 /U·g －1·min －1变异系数 /%
SOD SP1 249． 142 ～ 346． 341 294． 124* ± 21． 835 7． 42
CK 249． 306 ～ 291． 464 267． 980 ± 18． 013 6． 72
POD SP1 185． 185 ～ 491． 852 336． 651＊＊±93． 272 27． 71
CK 193． 333 ～ 210． 586 202． 710 ± 7． 060 3． 48
CAT SP1 119． 556 ～ 320． 444 210． 514＊＊±43． 034 20． 44
CK 89． 333 ～ 131． 333 112． 218 ± 17． 222 15． 35
注:* 表示在 0． 05 水平显著，＊＊表示在 0． 01 水平显著。
综上所述，SP1 代植株叶片中 SOD、POD、CAT 活性均高
于对照组，增加幅度分别为 9． 8%、66． 1%、87． 6%，说明空间
环境对 SP1 代植株叶片 SOD 活性的影响最小，其次是 POD，
影响最大的是 CAT。
3 结论与讨论
与对照相比，经第 21 颗返回式卫星搭载诱变的须苞石竹
种子经过繁殖后，SP1 代植株叶绿素 a 和叶绿素 b 的质量分
数显著下降，而叶绿素 a /b 的比值和脯氨酸质量分数差异均
不显著，抗氧化酶活性和丙二醛质量摩尔浓度显著升高。
空间环境对植物的诱变效应差异很大:卫星搭载非洲菊
SP1 代植株叶绿素 a、b质量分数均降低，但叶绿素 a /b比值明
显升高［14］;草地早熟禾 SP1 代株系与对照相比叶绿素 a 和叶
绿素 b 质量分数均降低，但是叶绿素 a /b 比值变化不大［15］，
草地早熟禾的变化规律与本研究结果一致。
薛淮等研究表明，航天处理月季组培苗叶片中 SOD、
CAT、POD酶活性比对照增加，MDA 质量分数下降［16］。抗氧
化酶活性的变化规律与本研究结果相同，而丙二醛(MDA)质
量摩尔浓度的变化规律却存在差异。
MDA是膜脂过氧化作用的产物之一，通常将其作为脂质
过氧化损伤的指标，MDA 积累越多，说明细胞膜脂过氧化程
度越高［17］。本试验结果显示，经空间搭载的植株叶片 MDA
质量摩尔浓度与未搭载的地面对照相比有显著提高，可以推
测空间环境对须苞石竹细胞膜损伤严重。
SOD、CAT和 POD与未搭载的地面对照相比都有明显的
提高，SOD、CAT和 POD 作为氧自由基的清除剂，三者协调一
致，在没有遇到极端的条件下，植物体内活性氧的产生与清除
处于平衡状态，并且自由基维持在一个低水平上，从而防止自
由基对植物细胞的伤害。若植物受到逆境胁迫时，植物体内活
性氧代谢系统的平衡受到影响，增加了自由基的产生量，植物
体通过保护酶活性或稳定性的增加提高清除自由基的能
力［18 －20］。由于强辐射、微重力、高真空、弱磁场等宇宙空间特殊
环境极其复杂，物理因素很多，究竟哪些因素对须苞石竹诱变起
主导作用还很难确定，尚有待今后进一步研究。(下转 37页)
52第 6 期 张建芳等:航天诱变对须苞石竹 SP1 代植株生理指标及抗氧化酶的影响
态一农艺性状变异的基因，仅用分子标记研究核心种质也存
在着不足。如何整合这两类数据构建核心种质是核心种质研
究中仍需解决的问题。
3． 3 核心种质的取样比例
在国内外不同植物核心种质库的构建中总体取样比例为
该物种总资源的 5% ～ 30%，或总量不超过 3 000 份［12］。由
于生物进化及人工选择对作物的干预，产生了各个物种独特
的特性，对整体取样比例的确定不能格式化、简单化，应视研
究作物的遗传结构及遗传多样性而定。目前，在已构建的多
种果树资源核心种质的取样比例均较高，取样比例为 10% ～
30%。其中，张春雨［13］利用 SSR标记构建的新疆野苹果核心
资源取样比例为 22． 9%，刘勇［14］等构建的柚类核心资源取样
比例为 22． 73%，程丽莉［15］构建的燕山地区实生板栗核心种
质取样比例为 27． 2%，高志红［16］构建的果梅核心资源取样比
例为 10%，马玉敏［17］构建的野生板栗核心资源取样比例为
20%。在本研究中，通过采用 SSR 分子标记，经过遗传多样
性评价和显著性 t测验，确定了我国山葡萄资源核心种质合
适的取样比例为初始种质的 21． 9%。
4 结论
采用 SSR 分子标记，选择组内聚类逐步压缩取样方法，
对 360 份山葡萄资源进行核心种质构建，获得了包含 79 份资
源的核心种质。核心种质保留了初始种质 21． 9%的样品，等
位基因数、有效等位基因数、Nei’s 遗传多样性、Shannon’s 信
息指数的保留率分别为 94． 1%、106． 3%、101． 9%、102． 2%，
核心种质能很好的代表初始种质群。
致谢:感谢中国农科院特产研究所提供试验材料及农艺
性状数据，感谢中国农业大学王军教授提供引物序列，特此致
谢。
参 考 文 献
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2009．
(上接 25 页)
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73第 6 期 温景辉等:山葡萄核心种质初步构建