全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 022262204
太空搭载胡芦巴 SP1 代生物效应研究
徐　荣1 　刘友刚2 　孙素琴3 　于　晶1 　徐　江1 　周　峰1 　陈　君1
(1. 中国医学科学院 北京协和医学院 药用植物研究所 ,北京　100193 ;2. 天津中医药大学基础医学院 ,天津　300193 ;
3. 清华大学化学系 ,北京　100084)
摘 　要 :以阿联酋胡芦巴种质为材料 ,经“实践八号”返回式卫星搭载进行空间诱变 ,回收后 ,与留地面未
经搭载的对照在相同环境下同时播种 ,对诱变后代 (SP1 代) 的主要农艺性状和品质性状进行研究。结
果显示 ,与对照相比 ,空间诱变对胡芦巴种子发芽和初期幼苗生长势有一定的抑制作用 ,但生长一定时
间后 ,植株长势强。空间诱变处理后 ,果荚由多数单荚变为多数双荚 ,分枝数、单株粒重以及单株荚数均
显著增加。傅里叶红外光谱法对 SP1 代葫芦巴种子的品质分析表明 ,空间诱变并没有对胡芦巴的化学
成分产生影响。本研究结果表明 ,空间诱变可诱发胡芦巴产生一定的变异 ,这些变异对获得有价值的高
产胡芦巴新种质具有重要意义。
关键词 :胡芦巴 ;空间诱变 ;SP1 ;品质 ;红外光谱
BIOLOGICAL EFFECTS OF SPACE FLIGHT ON SP1 TRAITS OF FENUGREEK
XU Rong1 　LIU You2gang2 　SUN Su2qin3 　YU Jing1 　XU Jiang1 　ZHOU Feng1 　CHEN Jun1
(1. The Institute of Medicinal Plant Development , Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College , Beijing 　100193 ;
2. Tianjin University of Traditional Chinese Medicine , Tianjin 　300193 ;3. Department of Chemistry , Tsinghua University , Beijing 　100084)
Abstract :Fenugreek ( Trigonella foenum2graecum L. ) seeds introduced from United Arab Emirates (UAE) were carried to the
space by the recoverable satellite“Shi Jian 8”. After space loading , the seeds were planted to be observed and investigated
compared to the control group . The results showed that the germination rate declined after space loading compared to the
control group . SP1 plants grew inhibited first , and then vigorously later at the seedling stage. The branch number , pods and
plant weight of SP1 plants’increased. More important , single pod was changed to dual pod. At the same time , the Fourier
transform infrared spectroscopy (FT2IR) was used to analyze and appraise the fenugreek SP1 seeds. The results indicated that
the major components and the structures remained intact , in another word , space mutation had no obvious effect on the quality
of SP1 seeds. Based on the results , some variations mutated by space flight could appear at the present generation. These
variations were important to gain high yield.
Key words : Trigonella foenum2graecum L ; space mutation ; SP1 generation ; quality ; infrared spectroscopy
收稿日期 :2008211203 　接受日期 :2008202216
基金项目 :国家航天育种工程计划 (No. 2006HT100170)
作者简介 :徐荣 (19812) ,女 ,山东日照人 ,博士 ,主要从事药用植物种质资源及栽培育种研究。
通讯作者 :陈君 (1963 2) ,女 ,北京人 ,研究员 ,主要从事药用植物栽培育种及保护研究。Tel :010262820904 ; E2mail : junzichen63 @yahoo. com. cn　　葫芦巴 ( Trigonella foenum2graecum L. ) ,又名香草、苦草、香豆子、苦豆子 ,是豆科一年生草本植物。葫芦巴的干燥成熟种子 ,含有生物碱、黄酮、脂肪和蛋白质等多种成分 ,具有温肾 ,驱寒 ,止痛等功效[1～4 ] 。现代 药理研究表明 ,胡芦巴具有降血脂、血糖的作用 ,对糖尿病有很好的疗效 ,是我国传统中药材之一[5 ,6 ] 。同时又因其含有丰富的甾体皂苷元 ,也常作为一种优良工业原料植物。葫芦巴原产西亚 ,现在欧洲南部、北非、
262　 核 农 学 报　2009 ,23 (2) :262～265Journal of Nuclear Agricultural Sciences
印度及中国广泛栽培[2 ] 。当前 ,我国胡芦巴种植的主
要问题是产量偏低 ,达不到良好的经济效益。为此 ,一
些学者开展了引种栽培等相关研究 ,本课题组也收集
了国内外数 10 份胡芦巴种质并对其生长发育特性进
行了比较[7 ] ,但仍不能从根本上解决产量偏低的问题 ,
有必要继续开展胡芦巴的遗传改良和品种选育研究。
空间诱变育种是指利用返回式卫星等所能到达的
空间环境 (宇宙射线、微重力、重粒子、高真空和微磁场
等)对植物 (种子)的诱变作用产生有益的变异 ,是一种
能够创造新种质和培育新品种的高新技术育种途径和
方法。当前 ,我国在空间诱变育种领域已取得很大成
就 ,在包括水稻、小麦等材料上选育出了一大批新品
种 ,在生产上发挥了重要作用 ,并取得了显著的经济效
益和社会效益[8～10 ] 。本研究以阿联酋胡芦巴种质为材
料 ,经“实践八号”返回式卫星搭载进行空间诱变处理 ,
大田种植后对 SP1 代胡芦巴种质进行分析和研究 ,为
筛选优良胡芦巴种质提供基础数据 ,以实现太空优良
品种的选育。
1 　材料与方法
111 　材料和搭载处理
诱变材料为精选阿联酋引种胡芦巴种子 ,分为 2
份 ,1 份进行“实践八号”返回式卫星搭载 ,另 1 份留地
作对照 (CK) 。“实践八号”是我国第一颗育种卫星 ,于
2006 年 9 月 9 日发射升空 ,2006 年 9 月 24 日返回四川
省遂宁 ,在轨运行 15d ,卫星运行的近地点高度为
180km ,远地点高度为 469km ,轨道倾角为 63°。卫星运
行期间回收舱内温度在 20172 ℃～7121 ℃之间。
112 　方法
11211 　材料种植 　2007 年 4 月 22 日在宁夏回族自治
区永宁县播种搭载处理和地面对照种子 ,每份播种量
18g。每份播两行 ,之间设有保护行 ,条播 ,沟深 1cm ,
行距 15cm ,株距 3cm ,播种面积约 3m2 ,覆土后微喷灌
溉 2h。定期调查胡芦巴的生长发育情况及各个生育
期植株性状。2007 年 7 月末收获 SP1 代种子。
11212 　发芽率及出苗情况 　测定随机选取的搭载前
后的种子千粒重和室内发芽率 ,方法为每份 50 粒 ,3
次重复 ,浸种 1h ,25 ℃纸上培养 3d。田间播种后定期
调查对照组和搭载组种子的出苗总数。
11213 　收获期农艺性状考察 　收获期随机选取对照
组和搭载组植株各 15 株 ,对其主要生物学性状和与产
量相关的农艺性状进行考察 ,主要包括株高、分枝数、
种子颜色、单株荚数、单荚粒数、单株粒重等。
11214 　SP1 代种子品质分析 　对收获后的 SP1 代种子
采用红外光谱法进行品质分析。仪器为 Perkin2Elmer
公司的 Spectrum GX FTIR 红外光谱仪 ,光谱分辨率
4cm - 1 ,扫描范围 4000～400cm - 1 ,扫描信号累加 16 次。
将种子样品与溴化钾混合研磨充分均匀 ,压片测定 ,获
得一维红外光谱图。二阶导数谱是通过 Perkin2Elemer
公司 Spectrum v3102 操作软件数据处理获得的 ,平滑点
数为 13。
2 　结果与分析
211 　空间搭载对胡芦巴发芽率及田间出苗的影响
随机选择太空搭载前后的胡芦巴种子 ,测定太空
搭载对胡芦巴种子发芽率的影响情况 ,为保证对照组
和搭载组种子大小均匀一致 ,同时测定了千粒重指标 ;
田间播种后定期调查每份种子的出苗情况 ,结果如表
1 所示。
表 1 　太空搭载后胡芦巴种子的发芽和出苗特性
Table 1 　Germination and emergence characteristics
of fenugreek seeds after space loading
品种
variety
千粒重
10002grain
weight (g)
发芽率
germination
rate ( %)
出苗总数 (株) emergence amount
8d 12d
对照 CK 1014 ±011 5610 ±210 22 80
搭载 SP 1015 ±011 4313 ±515 3 11 84
注 : 3 表示显著水平 (0101 < P < 0105) ( t 检验) ,下表同。
Note : 3 means significance levels (0101 < P < 0105) ( t2test) , same note in
the following figures.
　　结果表明 ,搭载组胡芦巴种子的发芽率较对照组
有显著下降 ,说明空间诱变对种子的发芽率存在一定
的抑制作用。此外 ,对胡芦巴生长的跟踪观察发现 ,播
种 8d 后太空搭载组的出苗总数为 11 株 ,低于对照组
的 22 株 ,而 12d 后太空搭载胡芦巴组的出苗总数达到
84 株 ,高于对照组的 80 株 ,表明在植株生长初期 ,空
间辐射对胡芦巴植株的生长表现出了一定的抑制作
用 ,但在植株生长一定阶段后其影响逐渐减弱。
212 　收获期胡芦巴农艺性状分析结果
SP1 代胡芦巴收获期与产量相关的主要农艺性状
分析如表 2 所示。结果表明 ,与对照相比 ,SP1 代胡芦
巴的性状出现了一些变异 ,果荚由多数单荚变为多数
双荚 (单荚与双荚比例由 4∶1 变为 1∶14) ,分枝数增加 ,
单株粒重提高 ,单株荚数增加 ,且单株荚数和单株粒重
与对照均达到显著性差异。这些生物学性状的变化对
提高胡芦巴种子的产量有着重要意义 ,此外 ,SP1 代胡
芦巴种子的颜色也出现了某种变异 ,由多数黄色变为
362　2 期 太空搭载胡芦巴 SP1 代生物效应研究
多数绿色 (黄色与绿色种子单株的比例由 4∶1 变为 1∶
4) 。研究发现 ,不同种质胡芦巴种子的颜色存在差异 ,
同一份种质中的种子颜色相对一致 ,而胡芦巴种子的
颜色是由子叶的颜色决定。因此 ,胡芦巴种子颜色的
变异可能是由于空间诱变导致决定子叶颜色的基因发
生了突变 ,其机理和突变位点有待进一步的探索。
表 2 　SP1 代胡芦巴收获植株的主要农艺性状表现
Table 2 　Performance of main agronomic traits of SP1 fenugreek plants
样本
sample
株高
plant height
(cm)
分枝数
branch number
种子颜色
seed color
单株荚数
pods per plant
荚长
legumen length
(cm)
单荚粒数
seeds per pod
单荚粒重
weight per pod
(g)
单株粒重
weight per plant
(g)
单双荚
singleΠdual
pod
对照 CK 5419 ±510 212 ±018 黄 2712 ±8. 8 1016 ±014 1415 ±210 0117 ±0102 316 ±114 单
SP1 代 5716 ±615 216 ±110 绿 3612 ±10. 0 3 1014 ±112 1414 ±115 0114 ±0103 414 ±215 3 双
213 　太空诱变对胡芦巴种子品质的影响
由于 SP1 代胡芦巴种子颜色发生了改变 ,这种变
化可能与其药用品质有某种相关性 ,因此对 SP1 代种
子的品质进行分析。本试验选择了对照组黄色种子和
搭载组绿色种子各 5 份的混合种子进行红外光谱分
析。
如图 1 所示 ,2926 ,2855cm- 1分别为亚甲基 CH2 反
对称及对称伸缩振动 ;3012cm- 1为 CH 伸缩振动 ,可
能来自不饱和脂肪类物质 ;1745cm- 1 为脂类中饱和羧
酸酯键中羰基 (C O) 的伸缩振动 ;1656 (1657) cm- 1为
酰胺 Ⅰ带 ,是 C O 的伸缩振动 ;1546cm - 1 为酰胺 Ⅱ
带 ,是 N —H面内弯曲振动和部分 C —N 的伸缩振动耦
合产生的吸收峰 ;1241cm - 1是蛋白质酰胺 Ⅲ带特征峰
C —N 的伸缩振动和 N —H 的弯曲振动引起的。两者
在 1653 ,1547 ,1241cm- 1 处都有较强的吸收峰 ,说明胡
芦巴种子都富含蛋白质和氨基酸类成分。此外 ,
1074cm - 1归属为皂苷类物质的 C —O 伸缩振动峰。由
此可以看出 ,胡芦巴的一些主要化学成分 ,如蛋白质、
皂苷和油脂类物质等都在红外光谱图上得到了反映。
这为客观评价胡芦巴种子的种质提供了条件。
图 1 　胡芦巴种子的红外光谱图
Fig. 1 　Infrared spectra of fenugreek seeds
表 3 　胡芦巴种子的主要吸收峰
Table 3 　The main absorption peaks of fenugreek seeds
样本 sample 峰位 the peak wavenumbers (cm - 1)
对照 CK 3366 2927 2855 1745 1656 1546 1452 1400 1241 1074
SP1 代 3306 2927 2855 1745 1657 1546 1451 1400 1241 1074
　　从图 1、表 3 可以看出 ,SP1 代和地面对照胡芦巴
种子的红外光谱图具有很大的相似性。其峰位 (表
3) 、峰形以及峰强度都没有明显的变化。这说明 SP1
代胡芦巴种子的主要化学成分保持稳定 ,没有发生明
显变化。为进一步比较 SP1 代和 CK种子的成分差异 ,
本试验选择分辨率更高的二阶导数谱进行分析。
二阶导数谱能够放大一维图谱中的微小差异 ,获
得较一维图谱更多的信息 ,具有更高分辨率。图 2 是
两种胡芦巴种子在 1780～900cm- 1范围内的二阶导数
谱。由图 2 可以看出 ,即使在分辨率更高的二阶导数
谱上 ,太空搭载与地面胡芦巴对照组两者的差异也很
细微。只是 SP1 代胡芦巴 1554cm - 1处的吸收峰强度下
462 核　农　学　报 23 卷
图 2 　胡芦巴种子的二阶导数谱 (1780～900cm - 1 )
Fig. 2 　Second derivative spectra of fenugreek seeds
降 ,1544cm - 1处吸收峰的强度升高 ,这是蛋白质酰胺 Ⅱ
带的吸收峰 ,说明两者的蛋白质组成结构存在微小差
异。因此 ,SP1 代胡芦巴种子的红外光谱图显示 ,其主
要有效化学成分的种类和含量都保持稳定 ,没有发生
明显的变异。
3 　讨论
311 　本研究中 ,空间诱变胡芦巴 SP1 代的一些重要农
艺性状 ,如果荚类型、单株粒重以及单株荚数等均发生
了显著变异 ,这些变化均有助于胡芦巴种子即药材产
量的提高。由于中药材是一种含有多种有效成分的复
杂体系 ,不能简单以一两种化学成分的高低来评价其
质量的优劣。红外光谱能够对中药的全组分进行测
定 ,反映整个体系的细节信息 ,更具整体性 ,因而更适
用于中药材的质量评价 ,此外该方法还具有快速、无损
和准确等特点 ,在很多领域都已得到广泛应用[11～12 ] 。
本试验中 ,红外光谱图的一阶导数谱和二阶导数谱均
表明 SP1 代胡芦巴主要化学成分的种类和含量都没有
发生明显改变。这些研究对胡芦巴新种质的选育进行
了有益地探索。
312 　空间诱变对胡芦巴 SP1 代的果荚类型、分枝数、
单株粒重以及单株荚数等生物学性状产生了影响 ,但
这些变异是否能够稳定遗传有待进一步验证。同时 ,
由于空间诱变 SP2 代较 SP1 代往往表现出更丰富的变
异类型 ,而且变异范围大 ,有益变异频率高 ;有些在
SP1 代表现变异不明显的性状 ,也能在 SP2 代表现出丰
富的变异类型[13 ,14 ] 。因此 ,需对胡芦巴 SP2 代的变异
性状进行深入研究。
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