全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 062541204
航天搭载青稞遗传变异初报
李　欣　彭正松　杨　军
(西华师范大学环境科学与生物多样性保护省重点实验室 ,四川 南充　637002)
摘 　要 :108 粒青稞干种子经返回式实验卫星搭载后 ,室内培养正常发芽得到 108 株幼苗。细胞观察结果
表明 ,航天飞行处理对根尖细胞有丝分裂没有显著影响。幼苗移栽至大田发现经航天飞行处理的植株
与未经处理的对照青稞植株一样健壮 ,但其中 2 株花序形态表现变异 ,出现双麦穗。其余 106 株的花序
形态完全正常 ,用来自 7 个连锁群的 21 对微卫星引物对经航天飞行处理的青稞幼苗进行 DNA 多态性
分析 ,其中 20 对引物未检测出变异 ,而用位于 2H 染色体上的引物 HVM54 从 63 个植株中检测出 10 株
发生了变异 ,且这 10 株青稞的变异类型完全相同。这一结果说明经航天飞行的青稞种子 DNA 发生一
定变异。
关键词 :青稞 ;航天搭载 ;变异 ;微卫星 ;花序形态
VARIATION OF QINGKE ( Hordeum vulgare linn. var. nudum Hook. f)
INDUCED BY SPACE FLIGHT TREATMENT
LI Xin 　PENG Zheng2song 　YANGJun
( Sichuan Provincial Keylaboratory of Environmental Science and Biodiversity Conservation , China West Normal University , Nanchong , Sichuan 　637002)
Abstract :108 Dry seeds of Qingke ( Hordeum vulgare linn. var. nudum Hook. f ) were carried into space by recoverable
satellite. After wards , the seeds were germinated into 108 seedlings at room temperature , and root tips were observed with
light microscope , and results and normal mitotic division was found without microkernel at interphase or chromosome bridges at
anaphase , which means that chromosomal structure change didn’t occur in Qingke seeds during space flight . To investigate
whether there were morphology variations taken place , the seedlings were transplanted into field and managed normal . All of
plants grew as strong as normal Qingke plants (CK) by eye abservation. except two plants showed abnormal inflorescence
morphology , which had two spikes on one tiller. 21 SSR markers on 7 linkage groups were used to analysis the polymorphism
of genomic DNA for these Qingke plants. No polymorphism was detected with 20 SSR markers among 63 plants investigated.
But varied electrophoretic bands were tested in 10 plants using the marker HVM54 on chromosome 2H , and all the 10 plants
showed uniform electrophoretypes. It was concluded that the DNA of the Qingke could be changed during space flight .
Key words :Qingke ; space flight ; variation ; microsatellite , inflorescence morphology
收稿日期 :2007201222
基金项目 :四川省重点学科建设项目 (SZD0420)
作者简介 :李欣 (19822) ,女 ,四川乐山人 ,硕士研究生 ,主要从事作物遗传育种研究。E2mail :lxcdk8866 @163. com
通讯作者 :彭正松 (19642) ,男 ,四川安岳人 ,教授 ,博士生导师 ,主要从事植物遗传学研究。E2mail :pzs8833 @163. com　　航天诱变作为一种新的诱变手段已在作物遗传育种中得到了广泛的应用。航天诱变机理是利用空间环境下的高真空、微重力、高能空间辐射以及强烈的地磁场等因素对进入空间环境的植物材料综合作用[1 ,2 ] ,利用航天手段已培育出了一系列有价值的新品种 (系) [3～6 ] 。青稞是一种具有特殊用途的大麦 ,目前尚无航天诱变青稞育种的报道。本研究利用返回式科学卫星搭载青稞种子 ,从形态、细胞和分子水平检测其SP1 代个体的遗传变异 ,以期得到一些有价值的材料。
145　核 农 学 报　2007 ,21 (6) :541～544Journal of Nuclear Agricultural Sciences
1 　材料与方法
111 　材料处理
青稞 ( Hordeum vulgare linn1var1nudum Hook1f) 经多
代自交后得到纯系种子 ,将 108 粒纯系种子封装后搭载
2005 年 8 月 2 日发射的中国第 21 颗返回式科学与技术
试验卫星 ,经历 27d 的轨道运行。卫星返回后将这些种
子均匀置于垫有两层湿润滤纸的培养皿中 ,于 20 ℃～
25 ℃室内遮光培养 3d ,所有种子完全发芽 ,发芽率为
100 % ,随机剪取 20 株植株的根尖进行细胞学检测 ,再
将幼苗在光照条件下继续培养 5d 后移栽大田。
112 　测定 11211 　DNA 的提取 　从上述 108 株青稞幼苗中随机选63 株 ,以未经航天飞行的青稞植株为对照 ,每株取幼叶300mg ,按 Stein 等的 CTAB 法提取 DNA[7 ] 。用 110 %的Agarose 凝胶检测 DNA ,用 GBC916 紫外分光光度计测定DNA 浓度 ,用超纯水稀释至 50ngΠμl 用于 PCR 扩增。11212 　PCR 反应 　参照 Ramsay 等[8 ] 和 Liu 等[9 ] 的方法 ,从大麦 7 个连锁群各取 3 个不同位置的微卫星(SSR)标记序列 ,共 21 对引物用于 PCR 扩增 ,其名称、序列及染色体位置见表 1。所有引物均由上海生物工程公司合成 ,PCR 反应在 Bio2RAD My Cyclertm 上进行 ,每个反应体系总体积为 25μl。扩增体系含 10 ×buffer、0125molΠL dNTPs、2μmolΠL SSR 引物对、1U TaqDNA 聚合酶、50ng 模板 DNA。不同的引物采用不同的反应条件。
表 1 　用于标记青稞的 SSR 标记引物
Table 1 　SSR markers used for Qingke
引物名称
name of SSR marker
引物序列
primers sequence
染色体位置
chromosomal location
HVM20 CTCCACGAATCTCTGCACAACACCGCCTCCTCTTTCAC 1H
Bmac154 CTGGGTGATGAATAGAGTTTCTATTCTTCAAAAGATGTTCTGC 1H
Bmac213 ATGGATGCAAGACCAAACCTATGAGAGGTAGAGCAGCC 1H
HVM54 AACCCAGTAACACCGTCCTGAGTTCCCTGACCCGATGTC 2H
EBmac684 TTCCGTTGAGCTTTCATACACATTGAATCCCAACAGACACAA 2H
HvCSG CACTTGCCTACCTCATATAGTTGCGTGGATTCATGCATGCAATATGTGG 2H
HVM9 CTTCGACACCATCACCCAGACCAAAATCGCATCGAACAT 3H
HVM27 GGTCGGTTCCCGGTAGTGTCCTGATCCAGAGCCACC 3H
HVM60 CAATGATGCGGTGAACTTTGCCTCGGATCTATGGGTCCTT 3H
HvOLE GATGGATGTCAGTCGGTCATGAGCAGTAGTACAACTCTAAGC 4H
HvBAMY CAAGCAAAAGGTTAAAGGTGCCTTGTCGAAACCCATCCGCTC 4H
HVM3 ACACCTTCCCAGGACAATCCATTGAGCACGCAGAGCACCGAAAAGTC 4H
Bmag760 GTGATACATCAAGATCGTGCTCCCCAACACCAGTATCTA 5H
Bmag223 TTAGTCACCCTCAACGGTCCCCTAACTGCTGTGATG 5H
Bmag812 ATAGTTCTTTCAGGACCAATGGTCATATGGATCTCCAAAGAG 5H
Bmag807 GGATATAAGGGTCCATAGCAAATTACATCAAATAGGCTCCA 6H
Bmag867 CCCCACACTGACCTACAGTTACATCTGCTAGATCGAAGC 6H
EBmac806 ACTAAGTCCTTTCACGAGGAGTGTGTAGTAGGTGGGTACTTG 6H
HvSS1 TGGCCTTGGTGAATGTTTCTGTGGAGGCGAGTCAGCTTG 7H
HvA22s CTTCGGCTTTCCACACAACGTTTGAAATACGGACATTTGTAAAG 7H
HVM4 AGAGAACTACCGTCCAATGGCAGTCGAAGGAGAAGCGGCCCTGGTA 7H
11213 　变性聚丙稀酰胺凝胶电泳 　用 6 %的变性聚丙
稀酰胺凝胶在 200V～400V 下电泳 ,用 1 ×TBE 电泳液
电泳 1h ,银染 ,检测扩增结果。
11214 　根尖细胞有丝分裂观察 　随机选取 20 株经航
天飞行的青稞种子萌发的根尖 ,以未经航天飞行的青
稞种子根尖作对比 ,经固定、品红染色和压片后于显微
镜下观察 ,可以看到大量处于有丝分裂各时期的细胞
和染色体。在每一根尖玻片上选取分裂相较多的视野
4 个 ,分别统计观察的细胞数、分裂相数和分裂指数。
2 　结果与分析
211 　田间观察
经过航天飞行的青稞种子经室内发芽 ,幼苗移栽
种植于大田全部成活 ,得到 108 株 SP1 代植株 , 种子萌
发速度和幼苗长势与对照无差异。经过航天飞行的青
稞 SP1 代植株中只有 2 株出现形态变异 (图 1) ,每株在
1 个分蘖顶端长出 2 个大小不等的麦穗 ,分别称为主
穗和副穗。主穗和副穗的穗型结构完全一致 ,小花发
245 核　农　学　报 21 卷
图 1 　SP1 代植株中出现的变异
Fig. 1 　Variation of Qingke in SP1 generation
after space flight
A :出现变异的麦穗形态 ;B :正常植株的麦穗形态
A :plant with two ears in one stem ;
B :normal plants with only one ear in one stem
育正常 ,都能结实。在其余 106 株 SP1 代植株中 ,生长
发育和形态特征与未经过航天飞行的对照群体一样 ,
　　　　
肉眼未见明显差异。对照群体中也没见到二头穗
类型。
212 　根尖细胞有丝分裂观察
对经过航天飞行的 20 株青稞与对照的根尖细胞
进行有丝分裂观察 ,结果发现经航天飞行的青稞在有
丝分裂中未出现染色体桥、染色体片段、微核等异常现
象 ,说明其染色体没有发生结构变异 ,根尖细胞有丝分
裂完全正常 ,这一结果与 SP1 代植株正常生长的事实
是吻合的 ,但与辐射诱变常引起大麦染色体畸变的情
况是不同的[12 ] 。20 株材料的有丝分裂指数统计表明
(表 2) ,总体分裂指数在 912 %～1815 %之间 ,高于普
通大麦和经化学诱变的大麦[10 ,11 ] ,这可能与材料生长
的环境条件或者诱变方式不同有关。6 与 8、9 号单株
有丝分裂指数相差很大 ,表明不同样品之间也有差异 ,
这可能是因为样品种子受处理时局部微环境不同。
表 2 　青稞根尖细胞有丝分裂情况统计
Table 2 　Statistical results of mitosis of root tip cells in SP1 generation Qingke after space flight
单株编号
serial No.
of plant
观察细胞总数
No1of investigated
cells
有丝分裂相数
No1of mitosis
cells
有丝分裂指数
mitotic index
( %)
单株编号
serial No.
of plant
观察细胞总数
No1of investigated
cells
有丝分裂相数
No1of mitosis
cells
有丝分裂指数
mitotic index
( %)
对照 (CK) 480 72 1510 对照 (CK) 480 72 1510
1 386 63 1613 11 400 64 1610
2 422 71 1618 12 387 60 1515
3 365 58 1519 13 431 42 917
4 402 68 1619 14 462 47 1012
5 423 75 1717 15 404 45 1111
6 286 53 1815 16 367 53 1414
7 610 82 1314 17 482 83 1712
8 458 42 912 18 410 58 1411
9 446 41 912 19 396 46 1116
10 391 56 1413 20 421 52 1214
213 　微卫星分析
选取了 21 对 SSR 引物对 63 株航天飞行处理的青
稞种子的幼苗进行检测 ,结果 21 对引物都能扩增出稳
定的较清晰的图谱 ,其中 20 对引物的扩增图谱中 ,经
航天飞行的青稞材料与对照扩增得到的条带完全相
同 ,只有 1 对位于 2H上的引物 (HVM54)扩增出的条带
具有多态性 (图 2) ,其差异主要是分子量的变化。将
图中亲本对照扩增出的 3 条带分别标为 a、b、c ,从图 22
A 中可以看出 , 6、15、19 号植株与对照比较 ,缺失了 a
带 ,增加了比 a 带更短的 d 带 ;8 号植株没有条带 ,经
后期检测 ,其 DNA 发生了降解。从图 22B 可以看出 ,
24 ,34 ,38 号植株与对照比较 ,缺失了 a 带 ,增加了比 a
带更短的 d 带 ;从图 22C 可以看出 ,47、50、53、59 号植
株与对照比较 ,仍然是缺失了 a 带 ,增加了比 a 带更短
的 d 带。这 10 份材料之间没有明显差异 ,但与亲本对
照间都有相同的差异。
3 　讨论
通常诱变产生的结果对植物是不利的 ,但其中一
些变异却具有重要的育种价值 ,在植物遗传改良中具
有十分重要的作用[11 ] 。目前最常用的诱变技术是辐
射诱变和化学诱变。辐射诱变常引起染色体结构变
异 ,辐射大麦种子常见的结构变异为倒位、易位和缺
失[12 ] 。化学诱变是通过采用一些分子结构不太稳定
的化学诱变剂进行的 ,单一碱基对改变而形成的点突
变是化学诱变的主要形式 ,另外化学诱变也可引起染
色体结构变异 ,主要为染色体的缺失[1 ] 。而本文对根
345　6 期 航天搭载青稞遗传变异初报
图 2 　微卫星引物 HVM54 扩增后电泳图谱
Fig. 2 　Electrophoretic pattern after amplification for Qingke by the microsatellite primer HVM54
A :材料 2222 ;B :材料 23243 ;C :材料 44264 ;M:DNA marker ;1 :未搭载青稞对照
A :2222 SP1Qingke plants ;B :23243 SP1 Qingke plants ;C :44264 SP1 Qingke plants ;M:DNA marker ;1 :control Qingke plants
尖细胞有丝分裂观察的结果表明 ,经过航天飞行的青
稞未出现染色体结构变异 ,说明航天搭载的诱变机理
与传统的辐射诱变和化学诱变有差异。而在经航天飞
行的凤仙花后代材料中观察到了染色体结构变异 ,说
明航天诱变的作用在不同试验材料中有差异[13 ] 。
诱变产生的突变型是多样的[14 ,15 ] 。彭正松等[12 ]
的研究结果表明 ,大麦 7 条染色体和 14 条臂上都能发
生染色体畸变 ,但不同染色体部位对辐射诱变的敏感
性不同。由于本研究经航天飞行的青稞中未出现染色
体结构变异 ,所以本试验采用微卫星技术在分子水平
上探讨青稞染色体对航天条件的反应。试验中用的
21 对微卫星均匀分布于大麦的 7 条染色体上 ,结果只
有 1 条染色体 (2H) 上的 1 对引物 HVM54 检测出了变
异 ,表明 2H 染色体对空间条件是敏感的 ,并且 2H 染
色体上的变异频率很高 ,约 1519 %。出现差异的 10 份
材料扩增的片段数目与对照相比没有发生变化 ,但片
段分子量都比对照小。值得一提的是 ,这 10 份材料的
变异结果完全一致 ,推测这种变异应该具有相同的分
子机制 ,其研究有待进一步的深入。
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