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高空气球飞行对凤尾鸡冠花抗氧化功能的影响
翁德宝1 ,汪海峰2(1.江苏教育学院生物化学教研室 , 江苏 南京 210013;2.南京财经大学粮油食品质量检测中心 , 江苏 南京 210003)
摘要:目的:探讨高空气球飞行实验对鸡冠花抗氧化功能的影响。方法:利用高空气球搭载了凤尾鸡冠花(Celosia cristata L.
cv.Plumosa)种子 ,进行空间诱变处理。飞行高度 40.112km , 飞行时间近 4h , 回收后播种栽培 , 采收子一代(SP1)花序 , 叶片。采用
比色法研究搭载组和对照组花序 、叶片水提取液对羟自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(O·2-)的清除作用。同时 , 分别测定分析
了各组样品 VC 、黄酮醇的含量和 SOD活力 , 据此探索在高空环境影响后样品抗氧化活性变化与自由基清除剂含量之间的关系。
结果:各组水提取液均能降低·OH 引发的还原型细胞色素 C[ Cyt·C(Ⅱ)] 氧化作用和O·2-对羟胺的氧化作用 , 而两种搭载组样品水
提取液清除活性氧的能力均比对照组显著提高。结论:高空环境诱变处理对鸡冠花中抗氧化活性物质的合成和抗氧化功能产生
了显著效应。
关键词:高空气球飞行;凤尾鸡冠花;活性氧;清除作用;诱变效应
中图分类号:Q693;Q946.8　　文献标识码:A　　文章编号:1004-311X(2004)06-0062-03
Effects of High Altitude Balloon Flight on the Antioxidation of Water
Extract from Celosia cristata L.cv.Plumosa
WENG De-bao1 ,WANG Hai-feng2(1.Department of Biochemistry Jiangsu Education College ,Nanjing 210013;
2.Anal &Test Center of Oil &Foodstuffs , Nanjing University of Finance &Economics, Nanjing 210003 , P.R.China)
Abstract:Objective:To investigate the effect of high altitude balloon flight test on the antioxidation of water extracts from Celosia cristata L.
Methods:The seeds of Celosia cristata L.cv.Plumosawere carried by a high-altitude balloon(CHAB)for space mutation , flying to an altitude of
40.112km from sea level for about 4 hours.After returning to the ground , the treated seeds were cultivated on the ground and the inflorescences
and leaves of SP1 generation were collected and used for water extraction.The effects of water extracts from inflorescences and leaves of CHAB
groups and the control groups on scavenging hydroxyl radical(·OH)and superoxide radical(O·2-)were studies by colorimetricmethod , respectively.
The contents of VC , flavonols and activity of SOD of all samples were also analyzed and determined , respectively.Then , the relation between the an-
tioxidation activity of samples and the contents and activity of free radical scavengers in samples was investigated after the effect of high altitude en-
vironment.Results:The water extracts of all samples could reduce ·OH initiated oxidation of reductive Cyt·c(Ⅱ)and inhibit O·2- initiated oxida-
tion of hydroxylamine.But , the abilities of scavenging active oxygen of 2 kinds of water extracts from CHAB groups were significantly higher than
those of the control.Conclusion:The evident effects of high space environment condition mutation on the synthesis of the antioxidation active sub-
stances and antioxidation capability in C.cristata L.were observed.
Key words:high altitude balloon flight;Celosia cristata L.cv.Plumosa;active oxygen;scavenging effect;mutation effect
收稿日期:2004-06-13;修回日期:2004-09-02
基金项目:江苏省资源生物技术重点实验室开放研究基金资助(No.
200013)
作者简介:翁德宝(1947-),男 ,教授 ,南京医科大学营养与食品专业
高级访问学者 ,研究方向:营养生物化学及植物资源的开发利用 ,重要
成果:“食物资源鸡冠花的开发和利用” ,发表论文 30余篇。
　　在空间植物学研究领域中 , 已有多项研究工作表明 , 植物
种子经高空气球搭载飞行以后 , 通过空间环境的诱变处理 , 由
其培育的植物能够产生性状变异和遗传变异 , 从而开辟了空
间诱变育种的新途径[ 1-3] 。目前 , 国内外空间植物学研究的
内容大多集中在卫星搭载农作物和花卉植物的种子开展植物
形态解剖 、遗传性状变异 、诱变育种方面 , 而采用高空气球搭
载种子方式以药用植物及植物次生代谢产物为研究主题的报
告文献尚未见到。
鸡冠花(Celosia cristata L.)为苋科青葙属一年生草本植
物 ,既可药用又能食用。作者曾长期从事鸡冠花植物资源开
发利用研究工作[ 4 , 5] , 并在中国科学院空间科学与应用研究中
心的支持帮助下 , 利用高空气球搭载了多个鸡冠花品种的种
子 , 探索高空飞行实验对鸡冠花次生代谢产物合成的影响 , 研
究并报告了其植株内黄酮类化合物 、籽油脂肪酸等组分的变
化[ 6-8] 。本文首次研究了高空气球飞行对鸡冠花抗氧化功能
的诱变影响。
1　材料和方法
1.1　实验材料
1.1.1　材料处理:实验的品种为红色凤尾鸡冠花(C.cristata
L.cv.Plumosa)。 1997年秋于江苏教育学院园地采集上述品种
成熟种子。精选部分种子 , 于 1998 年 9 月 2 日随主要科学试
验项目(中国和德国空间科学合作项目:中德合作微重力试
验)搭载了高空气球。试验种子用纸袋分别包装后 , 一部分装
载于 0.8m×0.8m×0.8m 气球吊舱内并悬挂于 4×105m3 高空
气球下。舱内温度:-5℃～ 26℃。起飞地点:东经 114.68°, 北
纬 38.29°;降落地点:东经 114.85°, 北纬 37.86°;平行飞行高
度:40.112km。飞行时间:3h 54min。此高度的大气结构参数
为:气温 255K ～ 258K , 空气密度:3.972×10-3kg/m3 ～ 3.443×
10-3kg/m3 ,压力 3.03hPa[ 9] ,地磁刚度(GV)9.4 ,辐射流强为 0.
6e/m2.s[ 10] 。该处重力加速度(g)为 9.67m/ s2 。
另一部分用纸袋包装的试验种子留地于4℃条件保存供
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生　物　技　术
BIOTECHNOLOGY
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活性氧功能的同时 , 也测定分析了 4 种样品中能够清除自由
基的活性物质SOD活力 、VC 含量和黄酮醇含量(表 2), 以进一
步探讨高空气球飞行实验对鸡冠花抗氧化功能的影响与其抗
氧化活性物质含量变化之间的关系。
表 2表明 , 凤尾鸡冠花搭载组花序水提液的 SOD 活力
(502.6 U/mg protein)比对照组 SOD活力(448.2 U/mg protein)提
高 12.1%(P<0.05);VC 含量提高了 12.8%(P<0.05);搭载组
黄酮醇含量为 0.958%, 而对照组为 0.506%,前者比后者增加
了 89.3%,差异极其显著(P<0.01)。鸡冠花搭载组叶片水提
液SOD活力为 831.9 U/ mg protein , 比对照组 SOD 活力(635.2
U/mg protein)提高了 30.9%, 增幅明显(P<0.01);VC 含量增
加了 28.9%, 增幅也较大(P<0.01);黄酮醇含量(0.276%)比
对照组含量(0.228%)提高了 21.1%(P<0.05)。由此可见 , 搭
载组两种样品水提液对活性氧的清除能力显著提高 , 和样品
中天然抗氧化剂含量变化存在正相关的关系。
3　讨论
机体内代谢过程中产生的自由基·OH 、O·2-等极易和蛋白
质 、核酸 、糖类和脂类物质发生氧化作用 , 致使细胞的结构和
功能遭受破坏和损害 、与衰老 、肿瘤 、辐射损伤 、心脑血管疾病
的发生密切相关。天然产物中能有效清除自由基的物质有两
类 ,一类是抗氧化酶类 , 如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶
(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-PX)等 , 植物是天然 SOD
的良好来源;另一类是非酶类天然抗氧化剂 ,如 VC、VE 、β -胡
萝卜素 、黄酮类化合物等营养素和活性物质[ 15] 。
实验检测结果表明 ,对照组凤尾鸡冠花花序 、叶片样品含
有一定量的抗氧化剂(VC 、黄酮类化合物 、SOD),其水提液表现
出一定的抗氧化活性。本项研究又证明 , 高空飞行实验促使
鸡冠花植株内抗氧化活性物质 VC 、黄酮类化合物 、SOD含量均
能明显提高 ,导致搭载组样品水提液清除活性氧的有效性比
对照组更为显著。显然 ,高空环境条件对这些天然物质的合
成产生了诱变促进作用。
至今 , 采用空间科学技术研究药用植物的空间生物学效
应的文献报道较为少见[ 1, 2] , 仅有赵淑平等(1995)曾报道了卫
星搭载对药用植物藿香及其子二代挥发油成分的影响[ 16] , 发
现搭载组子二代藿香挥发油成分与对照相比 , 发生较大变化 ,
主要成分爱草脑含量提高 91.49%, 变异显著。 在本实验中 ,
高空气球搭载鸡冠花种子平行飞行高度为 40.112km , 即进入
了大气的平流层。曾有研究人员分析认为 , 平流层存在强辐
射作用(包括强烈的紫外线辐射), 是有效的诱变源 , 导致由高
空气球搭载种子培育的农作物性状的变异 , 而且所发生的变
异是强烈的 、广泛的 , 几乎涉及所有的农艺性状[ 1-3 ,10] 。 本项
实验则为进一步证明高空环境条件能影响植物内化学物质的
合成及其生物活性作用提供了新的研究思路。
作者已经报道 , 由于空间生物学效应 ,搭载后的鸡冠花子
一代植株花序中黄酮醇甙元的含量 、子一代籽油中不同脂肪
酸的合成均有明显变化[ 6-8] 。结合本项研究结果 , 可以认为
通过高空气球飞行 , 利用高空环境诱变处理能促使植物体内
次生代谢产物 、化学物质成分发生明显改变。同时 , 值得强调
的是 , 同样能获得植物空间诱变效应 , 采用高空气球搭载方式
的人力 、物力 、财力成本 , 要远远低于返地式卫星和宇航飞船
两种搭载方式 , 前者相对来说优点显著。这对于研究植物资
源的开发利用 , 开辟新的技术途径 , 提高应用水平 , 具有创新
意义。
致谢:中国科学院空间科学与应用研究中心对本项研究
给予了宝贵支持和帮助 , 谨致谢意。
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基于 Bioperl的基因序列获取的程序设计与实现
向福 ,陈悟 ,余龙江＊(华中科技大学生命科学与技术学院 , 湖北 武汉 430074)
摘要:Bioperl在序列操作和数据库的远程获取方面有独特的优势。为了从Genbank 获取大量硫酸盐还原菌的 16S rRNA基因
序列 ,进一步研究硫酸盐还原菌的分子进化及系统发育规律 ,该文基于 bioperl设计了远程获取大量基因序列的程序 , 并成功地实
现了硫酸盐还原菌的 16S rRNA基因序列的批量获取。该程序小巧灵活方便快捷 , perl语言强大的字符串操作和模式匹配功能使
程序能实现不同类型基因序列的远程获取 ,具有很好的通用性和实用性。
关键词:基因序列;bioperl;远程获取;硫酸盐还原菌
中图分类号:Q522;TP311.51　　文献标识码:A　　文章编号:1004-311X(2004)06-0064-03
收稿日期:2004-02-07;修回日期:2004-07-26
基金项目:国家自然科学基金(No.90202016);湖北省首届新世纪人才
工程项目(No.0106170001)
作者简介:向福(1977-),男 ,在读硕士生 ,研究方向:资源生物信息技
术 , E-mail:lc xiangfu@163.com;＊通讯作者:余龙江(1966-),男 ,
教授 ,博士生导师 ,研究方向:资源生物学与生物技术, E-mail:yulj@
hust.edu.cn。
　　Bioperl(http://www.bioperl.org)作为 Perl 的专门用于生物
信息的工具与函数模块集 , 是世界各地的 perl开发人员在生
物信息学 、基因组学以及其他生命科学领域的智能结晶。目
前 bioperl已经发布到 1.4版本[ 1] 。
随着人类基因组计划的实施 , 以及各种物种基因组研究
的相继展开 ,有关核酸 、蛋白质的序列和结构数据呈爆炸趋势
增长。获取大量已有的序列数据 , 对系统的发育进化分析 、基
因组的比较分析 、物种的同源性分析等方面的研究工作都将
带来极大的便利。 在序列获取的方法上 , 通常做法是通过直
接查询 Genbank 等数据库 ,找到数据记录后将序列部分截取而
获得。这只适合要获取的序列数据不多的情况。一旦需要获
取的序列达到几十几百甚至更多的时候 , 其弊端就显现出来:
要一个个的查询数据库 , 找到数据库中的记录 , 找到记录中的
序列部分 , 并且序列部分还不是单纯的序列 , 要对多余的信息
挨个去除才能得到需要的单纯序列 , 整个过程显得费时 、繁
杂 、枯燥。相比之下 , 利用 bioperl 编写 perl脚本程序 , 可以快
速有效地实现远程获取大量序列数据。
目前 , 用 bioperl来实现批量基因序列远程获取的方法 , 国
内尚未见同类文献报道。本文方法还将考虑到代理服务器以
第 14卷第 6 期:64
2004 年 12 月 　　　　　　　　　　　　　　　　
生　物　技　术
BIOTECHNOLOGY
　　　　　　　　　　　　　　　　　Vol.14 , No.6:64
Dec.2004