全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 052758204
卫星搭载处理丹参种子 SP2 代的 SRAP 分析
王维婷　单成钢　倪大鹏　王志芬
(山东省农业科学院药用植物研究中心 ,山东 济南　250100)
摘 　要 :为探讨航天搭载丹参种子的诱变效应 ,本研究调查了航天搭载处理对 SP2 代材料植株地上、地下
部各性状的影响 ,并利用 SRAP 技术分析其生物学水平上的差异。结果表明 :丹参种子 SP2 代的航天诱
变效果明显 ,不同植株不同性状所表现出的效应不一致。利用 12 对引物对丹参航天材料进行分析 ,共
产生 146 条多态性条带 ,丹参航天材料之间的遗传相似系数在 01453～01867 之间 ,平均为 01648。
关键词 :丹参 ; 航天诱变 ; SRAP 标记
SPACE FLIGHT EFFECTS ANALYSIS OF SP2 Salvia Miltiorrhiza
Bge. USING SRAP MARKER
WANG Wei2ting 　SHAN Cheng2gang 　NI Da2peng 　WANG Zhi2fen
( Research Center of Medicinal Plant , Shandong Academy of Agricultural Sciences , Jinan , Shandong 　250100)
Abstract :In order to study the effects of space mutation of Salvia miltiorrhiza Bge. , agronomic traits had been studied in SP2
by field investigation and SRAP. The results showed that the mutagenic effects of space flight were complicated and there were
variant effect on different plants and different traits. 146 alleles had been detected from 19 materials with 12 primer pairs.
Jaccard’s similarity coefficient ranged from 01453～01867 , the average was 01648.
Key words : Salvia miltiorrhiza Bge. ; space flight ; SRAP
收稿日期 :2009203209 　接受日期 :2009205212
基金项目 :国家航天工程项目 (2006HT1020165) ,山东省良种工程项目 (鲁科农社字 [ 2008 ] 167 号) ,山东省农科院高技术自主创新基金项目
(2007YCX012) ,山东省农科院博士基金项目 (2006YBS003)
作者简介 :王维婷 (19812) ,女 ,山东莱州人 ,主要从事丹参分子生物学研究。E2mail :wangweitinglp @yahoo. cn
通讯作者 :王志芬 (19632) ,男 ,山东胶州人 ,研究员 ,研究方向为药用植物育种与栽培。Tel :0531283179283 ; E2mail :wzfchm @1631com　　植物空间诱变能够有效创造突变材料[1 ] ,在培育植物新品种方面发挥出越来越重要的作用。诱变育种在作物品种改良中取得了较大的进展 ,但主要集中在水稻[2 ] 、小麦[3 ]等作物方面。有关中草药的航天诱变研究相对较少[4 ] ,目前已见报道的主要有黄芩[4 ,5 ] 、丹参[6 ] 、桔梗[7 ]等十几种中药材。同时 ,人们对中药航天诱变处理及后代选育过程中基因组发生的变化了解不多 ,现有的研究大多基于表观性状进行突变材料的筛选[8 ] 。利用分子标记技术寻找 DNA 突变来确定突变材料 ,与通过表型选择确定突变体的常规育种方法相比 ,选择效率更高 ,效果更好。为了解航天诱变处理对丹参材料农艺性状的影响 及对基因组 DNA 所造成的变化 ,本研究以经航天育种卫星搭载 15 d 的丹参种子的 SP2 代为材料 ,研究其主要农艺性状的变化 ,并利用 SRAP (相关序列扩增多态性 ,Sequence2related amplified polymorphism) 技术检测其基因组 DNA 的突变频率 ,以为改良丹参航天种质提供理论支持。1 　材料与方法111 　材料及其来源试验材料为经“实践八号”航天育种卫星搭载 15 d的山东平邑丹参种子 (自交纯合高代材料)自交繁殖的
857　 核 农 学 报　2009 ,23 (5) :758～761Journal of Nuclear Agricultural Sciences
SP2 代。为方便授粉及性状调查 ,搭载后的丹参种子
采用株距 30 cm ,行距 50 cm 的方式种植 ,进行人工自
交后 ,分批收获 SP2 代种子。对照材料为航天搭载同
批种子留地面样。将 SP2 代种子进行田间播种 ,出苗
后进行性状调查和 SRAP 分析。
112 　性状调查方法
11211 　根部性状调查 　2008 年 11 月收获丹参根 ,并
对其进行性状调查。
根长 (cm) :根拉直时的总长度 ;根直径 (cm) :直根
最粗位置的直径 ,或者分根中最粗支根的直径 ;根条数
(条) :分根类型为所有支根的数量 ,直根类型的根条数
为 1 ;根干重 (g) :烘干至恒重时根的质量。
11212 　地上部性状调查　根据不同性状 ,选择合适的
时期进行调查。
株高 (cm) :地面到主茎顶端的垂直高度 ,以顶花
开时测定数据为准 ;株型 :大株形 (株高高于 60 cm ,各
器官间松散) ,小株形 (株高小于 60 cm ,各器官间紧
凑) ;分枝数 :植株由芦头部位直接发生的茎数 (包括主
茎) ;茎节数 :主茎地上部的茎节数量 ,以抽苔后观测为
准 ;花冠冠幅 ( mm) : 花冠下唇的总长度 ; 花苔长度
(cm) :主茎花苔完全伸长时花苔的总长度 ;果穗长度
(cm) :主茎花苔顶端至最基部花着生处的距离 ;花蕾
数 :主茎花苔完全伸长时 ,主茎花苔上的所有花及花蕾
的数量 ;花色 :花冠的颜色 ;叶片长度 (mm) :叶片完全
伸展时的长度 ;叶片宽度 (mm) :叶片完全伸展时的宽
度。
113 　SRAP反应程序
引物详细序列见表 1。94 ℃预变性 2 min ;94 ℃变
性 1 min ,35 ℃退火 1 min ,72 ℃延伸 1 min ,循环 5 次 ;
94 ℃变性 1 min ,55 ℃退火 1 min ,72 ℃延伸 1 min ,循环
35 次。扩增产物在 6 %的聚丙烯酰胺凝胶中电泳后 ,
银染并照相。
表 1 　试验所用引物的序列
Table 1 　Sequences of primers used
引物名称
primer name
序列 (5’23’)
sequence (5’23’) 引物名称primer name 序列 (5’23’)sequence (5’23’)
me1 TGAGTCCAAACCGGATA Em1 GACTGCGTACGAATTAAT
me2 TGAGTCCAAACCGGAGC Em2 GACTGCGTACGAATTTGC
me3 TGAGTCCAAACCGGAAT Em3 GACTGCGTACGAATTGAC
me4 TGAGTCCAAACCGGACC Em4 GACTGCGTACGAATTTGA
me5 TGAGTCCAAACCGGAAG Em5 GACTGCGTACGAATTAAC
me6 TGAGTCCAAACCGGTAG Em6 GACTGCGTACGAATTGCA
me7 TGAGTCCAAACCGGTTG Em7 GACTGCGTACGAATTATG
me8 TGAGTCCAAACCGGTGT Em8 GACTGCGTACGAATTAGC
me9 TGAGTCCAAACCGGTCA Em9 GACTGCGTACGAATTACG
me10 TGAGTCCAAACCGGGCT Em10 GACTGCGTACGAATTTAG
me11 TGAGTCCAAACCGGGCC Em11 GACTGCGTACGAATTTCG
me12 TGAGTCCAAACCGGGCA Eml2 GACTGCGTACGAATTGTC
me13 TGAGTCCAAACCGGGCG Em13 GACTGCGTACGAATTGGT
me14 TGAGTCCAAACCGGACA Eml4 GACTGCGTACGAATTCAG
me15 TGAGTCCAAACCGGACG Eml5 GACTGCGTACGAATTCTG
Me16 TTCAGGGTGGCCGGATG Em16 GACTGCGTACGAATTCGG
Me17 TGGGGACAACCCGGCTT Eml7 GACTGCGTACGAATTCCA
Me18 CTGGCGAACTCCGGATG Em18 AGGCGGTTGTCAATTGAC
Me19 GGTGAACGCTCCGGAAG Em19 TGTGGTCCGCAAATTTAG
Me20 AGCGAGCAAGCCGGTGG
114 　数据处理
样品的电泳条带按有或无进行记录 ,有带赋值为
1 (强带和弱带同记) ,无带记为 2。用 NTsys2pc2102 软
件计算各品种间的 Jaccard’s 遗传相似系数。
2 　结果与分析
211 　航天诱变对丹参根部主要农艺性状的影响
2008 年 11 月 ,对搭载后的丹参自交后代即 SP2 代
957　5 期 卫星搭载处理丹参种子 SP2 代的 SRAP 分析
的根进行采收和主要农艺性状调查。调查结果表明
(表 2) ,航天诱变对不同植株表现出不同的效应 ,材料
SP2214 根最长 ,为 35 cm ,表现出显著的促进效应 ,而材
料 SP2217 根最短 ,仅为 16 cm ,表现出显著的抑制效
应。不同性状的变异规律也不完全一致 ,如根长及根
重以 SP2214 表现最好 ,根直径却是 SP2202 最佳。将搭
载后材料样品各性状的平均值与对照平均值进行比较
发现 ,经航天诱变的材料 ,其根长与对照相比显著增
长 ,根条数极显著增加 ,而根直径与根重变化不大 ,总
体表现为航天诱变的促进效应。
212 　航天诱变对材料地上部主要农艺性状的影响
对 SP2 代材料地上部田间调查的结果表明 (表 3) ,
经航天诱变后 SP2 代不同植株地上部的效应与根部相
似 ,也表现出不同的效应 ,个别材料在株型及花色上出
现变异。将搭载材料样品的平均值与对照平均值进行
比较发现 ,经航天诱变的植株 ,叶片长度显著增加 ,茎
节数与叶片宽度极显著增加 ,其他性状变化则不显著 ,
同样总体表现为航天诱变的促进效应。
213 　SRAP标记分析结果
在分子生物学水平上 ,根据现有的丹参 SRAP 反
应体系进行优化后 ,对 50 对引物进行筛选 ,获得 12 对
表 2 　丹参 SP2 代材料根部特性分析
Table 2 　Root characteristics
of SP2 Salvia miltiorrhiza Bge.
材料编号
code
根长
root
length (cm)
根直径
root
diameter (cm)
根条数
root number
根干重
root dry
weight (kg)
SP2201 30 114 10 0114
SP2202 20 119 11 01145
SP2203 29 114 12 0126
SP2204 25 113 6 01015
SP2205 28 1 6 01065
SP2206 19 019 4 01025
SP2207 26 018 4 0102
SP2208 29 114 16 01165
SP2209 23 116 12 01105
SP2210 20 116 12 0112
SP2211 28 113 15 01175
SP2212 18 1 6 0105
SP2213 22 1 9 01045
SP2214 35 112 16 01205
SP2215 30 1 10 01125
SP2216 25 114 5 01025
SP2217 16 1 7 01005
SP2218 28 112 15 0106
SP2219 25 017 5 0102
平均值 average 2511 3 112 91533 01093
CK 2116 112 413 0109
注 : 3 ,33 :分别表示与 CK差异达 0105 和 0101 显著水平。下表同。
Notes : 3 , 33 : Significant at 0105 and 0101 levels respectively. The same as
following tables.
表 3 　丹参 SP2 代材料地上部特性
Table 3 　Plant traits above ground of SP2 Salvia miltiorrhiza Bge.
材料编号
code
株高
plant
height
(cm)
株型
plant
type
分枝数
branch
number
茎节数
node
number
花冠冠幅
corolla
diameter
(mm)
花苔长度
catkin
length
(cm)
果穗长度
panicle
length
(cm)
花蕾数
buds number
花色
flower clour
叶片长度
leaf
length
(mm)
叶片宽度
leaf
width
(mm)
SP2201 51 紧凑 compact 2 5 55 28 22 72 紫 violet 814 415
SP2202 60 紧凑 compact 1 4 50 33 26 65 紫 violet 615 317
SP2203 50 紧凑 compact 1 4 30 52 26 72 紫 violet 715 415
SP2204 47 紧凑 compact 2 4 44 22 18 60 紫 violet 10 7
SP2205 41 紧凑 compact 2 6 40 22 19 54 紫 violet 714 415
SP2206 49 紧凑 compact 1 5 20 31 25 60 紫 violet 6 5
SP2207 32 紧凑 compact 3 6 43 31 26 90 紫 violet 612 412
SP2208 56 紧凑 compact 3 4 65 40 36 120 紫 violet 6 5
SP2209 37 紧凑 compact 2 7 66 22 20 96 紫 violet 8 512
SP2210 56 松散 compact 2 7 50 40 35 220 紫 violet 814 615
SP2211 34 紧凑 compact 1 6 20 17 12 60 紫 violet 5 318
SP2212 42 紧凑 compact 1 5 45 23 15 56 紫 violet 7 515
SP2213 31 紧凑 compact 1 6 26 20 15 54 紫 violet 6 411
SP2214 40 紧凑 compact 1 6 36 30 26 108 浅紫 grey violet 515 4
SP2215 28 松散 loosely 3 6 28 20 15 72 紫 violet 418 412
SP2216 34 松散 loosely 2 6 41 26 18 72 紫 violet 618 414
SP2217 32 紧凑 compact 1 6 40 16 12 60 紫 violet 615 5
SP2218 60 松散 loosely 4 6 80 36 31 108 紫 violet 711 513
SP2219 49 松散 loosely 4 5 73 20 14 48 紫 violet 715 416
average 4316 119 51433 4419 2717 2115 8019 618 3 41733
CK 44 紧凑 compact 213 413 47 25 19 72 紫 violet 6116 3143
067 核　农　学　报 23 卷
多态性最好 ,条带最清晰的引物 ,利用这些引物对丹参
航天材料进行分析 (图 1) ,共产生 146 条多态性条带 ,
平均每对引物产生 1211 条多态性带 ,引物最多产生 21
条条带 ,最少 2 条。
图 1 　部分丹参航天材料 SRAP电泳图
Fig. 1 　SP2 materials profile of the amplified products with SRAP primer
　　利用 146 个多态性位点计算 19 个丹参航天材料
之间的遗传相似系数 ( GS) ,数值在 01453 - 01867 之
间 ,平均为 01648。其中 ,各项农艺性状较对照发生较
大变化的 2 个材料 SP2214 和 SP2217 与对照间的遗传
相似系数分别为 01742 和 01695。结果表明 ,航天诱变
处理能使诱变材料在分子水平上产生变异。
3 　讨论
311 　航天诱变对丹参农艺性状的影响
航天诱变是利用太空的特殊环境诱发变异 ,引起
诱变的主要因素是微重力和太空辐射。有研究认为 ,
空间诱变相对于地面诱变 ,具有生理损伤轻、性状变异
范围大等特点 ,有可能同时出现抑制和促进有丝分裂
的现象 ,而且由于搭载材料遗传背景不同 ,其空间辐射
的敏感度不同[9 ] 。王志芬等人的研究表明 ,航天 1 代
丹参材料的田间表现相对一致[6 ] ,在农艺性状上与对
照相比变异较小。本研究通过对丹参种子航天诱变
SP2 代材料各性状平均值比较发现 ,植株地上和地下
部共 15 个性状中 ,多数性状诱变后的平均值与对照变
化不大 ,根条数、茎节数、叶片宽度较对照呈极显著增
加 ,叶片长度、根长则呈显著增加 ;不同植株材料表现
出不同的诱变效应 ,有的材料出现生长抑制作用 ,有的
材料还出现一定的生长促进作用 ,表现出性状分离、变
异范围大的特点 ,说明 SP2 代更适宜于进行材料选择。
312 　航天搭载丹参的遗传学效应
在 DNA 水平上对空间环境诱发的变异进行检测 ,
能够克服采用常规方法检测时间长、工作量大的弊端 ,
具有快速、稳定、无表型效应、不受环境限制等优
点[10 ] 。目前用于航天诱变作物育种材料鉴定的分子
标记技术有 RAPD、AFLP、SSR 和 SNP 等 ,并在水稻、玉
米、小麦、辣椒、番茄、马铃薯等作物上得到应用[11 ] 。
目前 ,分子标记技术应用于中药航天种质突变体鉴定
的报道很少 ,本研究利用 SRAP 技术分析了丹参航天
搭载材料的 SP2 代 ,发现航天处理能够使材料在分子
水平上产生变异 ,其 SRAP 分析结果可为甄选突变材
料提供更准确的证明 ,遗传距离的计算结果可以为突
变材料在育种上的应用提供亲本选配依据。
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