全 文 ：收稿　2002-12-24　　　　修定　2003-05-26
资助　国家 863基金项目(863-2-7-3)。
　＊　通讯作者(E-mail:mliu@genetics.ac.cn, Tel:010-64889355)。
空间搭载后的蜀葵幼苗叶中光合色素含量及抗氧化酶活性变化
薛　淮　刘　敏＊　张纯花　潘　毅(中国科学院遗传与发育生物学研究所 , 北京 100101)
提要　蜀葵种子经返回式卫星搭载后 ,其幼苗叶中光合色素(叶绿素 a、b , 胡萝卜素)总量低于地面未经搭载的。叶绿素
a+b含量明显降低 , 叶绿素 b 的下降幅度远大于叶绿素 a ,因而 Chla/ b 值增高。经空间搭载后萌发 12 d 的幼苗体内超氧化
物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)活性均低于地面未经搭载的 , 而丙二醛(MDA)含量则明显升高。
关键词　空间飞行;蜀葵;光合色素;抗氧化酶活性
The Change of Photosynthetic Pigment Contents and Antioxidase Activity of
Hollyhock Seedling Leaves After Space Flight
XUE Huai , LIU Min＊, ZHANG Chun-Hua , PAN Yi(Institute of Genetics and Developmental Biology , Chinese Academy of
Sciences , Beijing 100101)
Abstract　The changes on pho tosynthetic pigment contents and antioxidase activity of space flow n hollyhock
plants were studied.The results showed that the total amount of photosynthetic pigments (Chl+Car)in
space f lighted seedlings were lower due to signif icant reduction of chlorophy ll a+b content .And the relative
reduction range of chlo rophyll b far exceeded that of chlorophy ll a , so that Chl a/b ratio w as higher than that
of ground controls.After space flight for 12 days , the activities of SOD , POD and CAT decreased , and the
content of MDA increased obviously.
Key words　space f light;hollyhock;photosynthetic pigment;ant ioxidase activity
　　宇宙空间存在着高真空 、微重力和不同能量的
宇宙射线 ,对植物的生长 、发育 、繁殖 、分化都会产
生巨大的影响[ 1～ 4] 。因而近年来植物空间诱变的
研究十分踊跃 ,但研究对象多集中于农作物和蔬
菜 ,花卉植物的报道极少 ,且研究工作多集中在田
间观察 、形态学等内容[ 5] 。本文研究蜀葵种子经
返回式卫星搭载后 ,长出的幼苗叶中光合色素含量
及抗氧化酶活性的变化 ,探讨空间环境中植物发生
的一些类似于地面衰老现象的机制和植物能否适
应太空环境以及如何使其更适应于空间环境中生
长发育 ,促进植物空间生命科学的发展 。
材料与方法
　　蜀葵(Althaea rosea)种子由中国科学院植物
研究所植物园提供。种子分为两份 ,一份用作地面
对照 ,另一份搭载于返回式科学试验卫星上 ,经飞
行 15 d后返回地面 。经空间搭载的与地面未经搭
载的蜀葵种子同时进行种植与实验 。
卫星飞行高度为:近地点(175±5)km ,远地
点(253±5)km ,绕地球 1周历时 90 min。载入舱
温度 10 ～ 20℃,真空度为 10-3 ～ 10-6 Pa ,微重力
为10-3 ～ 10-6 g , 辐射剂量(15 d 累计)为 1.92
mGg 。这些飞行参数由中国航天工业总公司第五
研究院提供。
种子于室温下放在培养皿中萌发 ,光照度为
1 500 lx ,温度为(22±2)℃。发芽后将其栽种于
室内苗盘中 ,幼苗生长的条件为正常室内光照和室
温[白天约为(20±2)℃,夜间(12±2)℃] 。经空间
搭载和地面未经搭载的蜀葵种子的生长环境相同 。
光合色素含量测定按文献 6 的方法 , 超氧化
物歧化酶(SOD)活性的测定参照文献 7方法 ,过氧
化物酶(POD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性的测
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DOI :10.13592/j.cnki.ppj.2003.06.009
定参照文献 8 方法 ,丙二醛(MDA)含量测定参照
文献 9方法 。
结果与讨论
1　蜀葵种子经空间搭载后长出的幼苗叶中光合色
素含量变化
　　蜀葵种子经空间搭载后 ,单位叶重叶绿素 a+
b的含量明显降低 ,叶绿素 b 的降低幅度(52%)大
于叶绿素 a(25%), 说明前者对空间条件更敏感
(表 1)。
经空间搭载后 ,作为聚光色素组分和具抗氧化
性的类胡萝卜素含量增加了 16%(表 1)。
2　蜀葵种子经空间搭载后长出的幼苗中抗氧化酶
活性变化
　　氧自由基与生命活动中许多代谢过程有关 。
已知许多逆境对植物造成伤害都是由其诱导植物
表 1　空间搭载后蜀葵幼苗叶中光合色素含量的变化
Table 1　Changes of various photosynthet ic pigmen t con tents in Althaea rosea seedlings after space flight
mg·g -1(FW)
处理 叶绿素 a 叶绿素 b 胡萝卜素 C hla+b Chl+Car Chla/b Car/ Chl
地面对照 36.483±2.621 24.239±0.362 2.677±0.251 60.722 63.399 1.505 0.0441
空间飞行 27.402±1.093 11.683±0.470 3.103±0.142 39.085 42.188 2.345 0.0793
　　n=5
体内活性氧自由基大量产生所引起。SOD是生物
体内的重要保护酶 ,能催化 O-·2 的歧化反应而清除
O
-·
2 。POD和 CAT 是清除 H2O2 的重要保护酶 ,它
们能将 H 2O2 分解为 O -·2 和 H2O , 从而使机体免受
H2O2的毒害 。这些酶的活性与植物的抗逆性密切
相关[ 8] 。本文结果表明 ,种子萌发后 12 d 测得的
幼苗叶中的 SOD 、POD 、CAT 活性均低于地面未搭
载的(表 2), 下降幅度分别为 8.1%、26.9%、
10.7%。POD活性下降与 Rasmussen[ 2]报道的胡萝
卜原生质体在 Biokosmos 9(Kosmos 2044)空间环
境下生长 14 d 后 ,过氧化物酶及其同工酶活性下
降的结果一致 。
MDA是膜脂过氧化作用的产物 , 是广泛用作
衡量脂质过氧化损伤的指标 。脂质过氧化主要是
由活性氧 、自由基 , 特别是·OH 、O-·2 启动经连锁反
应而生成 。MDA 积累越多 , 表明活性氧 、自由基
等含量越高[ 10 ,11] 。本文结果显示 , 经过空间搭载
的种子萌发后 12 d测得的幼苗叶中的 MDA 含量
大幅度地高于地面未搭载的 , 增幅为 73.5%(表
2)。
　　以上说明 ,空间环境中蜀葵幼苗的抗氧化能力
下降 ,膜脂过氧化加剧。
表 2　空间搭载后蜀葵幼苗叶中抗氧化酶活性及 MDA 含量的变化
Table 2　Changes in Antioxidase act ivi ty and MDA content in Al thaea rosea seedlings after space f light
处理 SOD活性/ U·g -1(FW) POD活性/U·g -1(FW) CAT 活性/U·g-1(FW) M DA含量/μmol·g -1(FW)
地面对照 83.25±0.70 26.58±1.10 421.5±4.20 0.325±0.003
空间飞行 76.52±2.29 19.44±0.27 376.3±7.80 0.564±0.001
　　n=5
　　许多实验结果表明 , 太空环境可影响生物的
发育 , 并加速生物的衰老[ 12 ,13] , 我们的实验结
果———MDA含量增加与此是一致的。Ray[ 14]综合
许多实验结果提出 , 在空间环境下生物体出现的
许多异常现象与地面的衰老过程很相似 , 且均与
体内积累的过量自由基有一定关联 。我们的实验
结果也证明空间环境可引起花卉植物蜀葵幼苗叶
片叶绿素含量降低 , 活性氧自由基的代谢异常 ,
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以致植物体内活性氧自由基大量产生 , 破坏体内
的生物功能分子 ,抗氧化酶活性受到损伤 , 不能清
除活性氧自由基 , 细胞损伤加剧。这可能是空间
环境中引起的生物衰老加速的原因之一 。
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