全 文 ：核 农 学 报 , 〔 一
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近地空间处理小麦干种子对 的
生物学效应
刘树玉 李新华 井立玲 王文美 孙桂芝 高国强
山东省农业科学院原子能所 济南
代 群
山东大学生物系 济南
通过 “ ” 卫 星搭载进行近 地 空 间处理 小 麦干 种 子 , 可 使 幼 苗叶 片数 减
少 , 苗高降低 , 田 间的 出苗率和 成株率有所下降 , 而 对根部的生长表现 出刺激作用 与
尹 了射线处理相比 , 其 损伤效应显著降低 , 采用幼 苗过氧化物酶同工酶分
析也得到 充分证 实 。 但近地空 间处理 在 便有较 多的机率产生 符合育种 目标的 一
些有益的性状 变异 , 如矮秆 、 长穗等 , 频率可达 一 。
关键词 小 麦 近地空 间处理 生物学效应
前 台
随着空间生命科学的发展 , 利用卫星搭载作物种子等进行近地空间处理 , 通过空 间微重
力
、
高能重粒子等引发植物遗传性变异 , 为农作物育种开创了一条新徐径 〔‘
, “ 〕。 年以来 ,
我国利用卫星搭载水稻
、
小麦 、蕃茄 、青椒等农作物种子 , 并从中选 出了农艺性状优 良的突变类
型 , 但对该方法的诱变效应和机理方面的基础性研究较少 。 本文将几个冬 、春小麦品种 系 通
过卫星搭载进行了近地空间处理 , 并与 射线辐照相 比较 , 从两者对 小麦幼苗生长的
影响及其变异状况着手 , 分析 , 的生物学效应 , 为该项育种新方法的应用提供一些参考 。
材 料 与 方 法
材料 个冬 、春小麦新品种 系 , 见表 。
方法 处理 每品种各取 粒干种子分别进行近地空间处理和 “。 衅 射线辐
照 。
近地空间处理参数 卫星飞行时间为 天 , 轨道周期 ’, 空间运行微重力
在星上无任何动作时为 一 ,艰 , 粒子辐照 巧 天累积量约 , 飞行期间的真空度为 一 “
。
盆栽试验 各取两 处理和对照 种子 粒播入砂钵 中 , 无其它营养成分 , 每钵
粒 , 两重复 , 到近三叶期从砂钵中取出 , 用水冲洗后测算苗高 、 叶片数 、 根长 、根条数 , 并采用测
算完的茎叶部分分析其幼苗过氧化物酶同工酶 。
此文于 年 月 日收到 。
核 农 学 报 卷
田间试验 各取两处理和 种子 粒 , 分 个重复点播入大 田 , 行长 , 行距
, 每行点播 粒 , 分别统计其苗数和株数 , 计算出苗率和成株率 , 收获后室 内考种 , 按
超 出 又士 统计农艺性状变异频率 。
结 果 与 分 析
一 近地空间处理对 , 幼苗生长的影响
、
对幼苗地上部生长的影响 由表 可 以看出 不同品种 系 经近地空 间处理后 , 与
相应对照略有差异 , 但均不显著 。 个材料中有 个的苗高 比 略低 , 除晋 外 , 叶片
数均降低或相近 。 近地空 间处理与 下 射线辐照相 比 , 幼苗均较高 , 平均高出 一
, 并有 个达极显著水平 , 个差异显著 除淄农 和核生 号外 , 叶片数均低于
射线的处理 。
从以上分析可看出 , 近地空间处理对地上部幼苗生长的损伤效应尽管与对照差异不显著 ,
但在多数品种 系 中均存在 , 且显著低于 射线的处理 。
表 近地空间处理对幼苗生长的影响
一 、
叶片数平均值
品种
苗高平均值
近地空间处理 与 相比 与 丫辐照相比
了
近地空间处理 与 相比
肠
与 下 辐照相比
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一
淄农
核生 号
鲁麦
鲁麦
二
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开 “ 一
一 一
对幼苗根部生长的影响 分析根长和根条数 表 可得如下结果 近地空间处理对
根的生长有刺激作用 , 个 品种 系 中有 个根长高 出 一 , 个根 条数 比
略高或相等 。 近地空间处理与 射线辐照相比 , 根系较长 , 平均根长高出 一 叭
有 个达极显著差异 , 个差异显著 。 幼根条数差异大 , 平均高出 一 条 , 即 了射线辐照
显著地抑制了根的生长和根的发生 。
对 田间出苗率和成株率的影响 由表 可看出 近地空间处理使多数品种 系 出苗
期 近地空间处理小麦干种子对 , 的生物学效应
率降低 , 其中晋 与 差异极显著 。 成株率有的稍增 , 幅度为 一 有的稍
减 , 幅度略大 一 , 但均无显著差异 。 近地空间处理 比 下射线辐照的出苗率和
成株率也显著提高 , 有 个材料的出苗率达极显著差异 , 个差异显著 有 个材料的成株率
差异达极显著水平 。
由此可见 , 大多数材料通过近地空间诱变后 , 叶片的生长受抑 , 出苗率也略低 , 个别可达极
显著水平 。 而 射线诱变对幼苗地上部生长及出苗和成株的抑制作用均较明显 , 与近地空间
处理相比 , 差异多数达显著或极显著水平 , 这是两者在损伤效应上量的差异 近地空间处理对
根生长有刺激作用 , 而高剂量的 射线则有显著的抑制效应 , 这是两者质的差异 , 可以表明 , 两
者产生生物学效应的机理有所不同 。
表 近地空间处理对幼苗根生长的影响
品种
根长平均值
。
根条数平均值
近地空间处理 与 相比 与 辐照相比 近地空间处理 与 相 比 与 辐照相比
晋
高原
一
淄农
核生 号
鲁麦
鲁麦
件 书 一
一
,
一 份 件
书 妥 一
一
二 近地空间处理小麦干种子 的性状变异
对 各农艺性状变异率的调查 表 可见 , 丫射线尽管诱发变异频率较高 , 但有益
性状 株高变矮 , 穗变长 , 小穗数 、穗粒数变多 多为株高单一变异 , 其矮秆变异率可达
一 , 前人研究早 已证明〔 〕, 丫射线辐照小麦干种子对选育矮秆 品种较有效 其它性状 以
负向变异 即穗变短 , 小穗数 、穗粒数降低 较多 , 达到 一 。 近地 空间处理虽然
总变异率低 一 , 但有益变异 占很大 比重 有益变异与负向变异之 比为 ,
被调查性状的有益变异率可达 一 。 特别是在小穗数和穗粒数上也产生了有益
变异 , 这在 射线的诱变中却少见 。 蒋兴村〔 对卫星搭载水稻种子后代的研究表明 , 可出现一
些矮秆 、 多分桑 、早熟 、 长穗等有益突变株 。 因此可初步认为 , 近地空间处理小麦干种子 , 其后
代的有益性状变异谱广 , 尤其是对 射线辐照所不易改 良的穗部性状 , 近地空间处理能诱发一
些育种者所期望的有益变异 , 当然 , 这还有待在 及以后世代的研究中进一步证实 。
核 农 学 报 卷
表 近地空间处理对出苗率和成株率的影响
品种
出苗率
、
成眯率
。 伙,
近地空间处理 与 相比 与 辐照相比
丫
近地空 间处理 与 相比 与 下辐照相比
了
一
晋
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核生 号
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鲁麦
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表 两处理对各品种 , 农艺性状的诱发变异率
品种 处理
株高 穗长 穗粒数
〕
小穗数
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株数
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期 近地空间处理小麦于种子对 的生物学效应
三 近地空间处理干种子对 幼苗过氧化物酶同工酶的影响
近地空间处理的影响 各品种 系 被处理后 , 幼苗同工酶的酶谱均未改变 , 但酶带 活性
有一定差异 见图 多数品种被处理后 , 幼苗的某些 同工酶带活性 比对照 明显增 加 如
鲁麦 的所有谱带
, 高原 的 带 , 淄农 的 、 带 , 鲁麦 的 、
、 带 。 有些 品种被处理后 , 酶带活性变化不 大 , 如 晋 , 一 , 核 生
号 。 品系 处理后 , 同工酶带活性降低 。 说明通过近地空 间处理后 , 对这些 品种产
生了生物学效应 , 可能会导致一些突变 。
射线辐照的影响 大多数品种 系 经 射线辐照后 , 其酶带活性 比 显著增加 。 与
近地空间处理相 比 , 除鲁麦 外 , 了射线引起的酶带活性增 加均较大 , 如淄农 的所有谱
带 , 高原 的 、 带 ,
一
的 一 及 带 , 这些 品种对 丫 射线均 很敏
感 , 淄农 最敏感 。 而 鲁麦 经近地空间处理后 , 除 外 , 其它带活性均高于 了射线辐
照的 , 说明它对近地空间诱变 因素的敏感性高于 射线 。
综上所述 , 近地空间处理和 射线辐照使幼苗过氧化物酶同工酶带活性增加 , 表现 出辐射
损伤效应 , 尽管不同品种对两种处理具有不同的敏感性 , 但 射线使大多数品种酶带活性增加
较大 , 表现出较强的辐射损伤效应 , 而近地空间的损伤效应要小于高剂量的 下射线 , 这与两种
处理对幼苗生长的影啊所得结论较一致 , 进一步表明了两者生物学效应的相似性和不同性
图 不同处理 干种子的幼苗过氧化物酶同工酶潜
阳 一
一 分别为 晋 、高原 、 一 、淄农 、 、核生 号 、鲁麦 、鲁麦 。
厂标 , , 分别代表对照 、近地空间处理 、 射线辐照 。
一 〕 、 , 、 , 、 、 一 、 、 、
、 、
一 , , , , 二 一
八召 ‘ , ,
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讨 论
汪清 〔 〕等研究高梁辐射诱变早熟品种与对照品种的过氧化物酶同工酶差异表明 , 两者
谱型一致 , 只是谱带出现的早晚及活性的强弱有差异 , 即结构基因无多大变化 , 生产上可利用
的辐育新品种应该是基因变化较小的“ 渐变 ” , 即某些基 因调控系统改变所产生的变异 。 本文
分析可以看出 , 无论是幼苗的生长还是幼苗的过氧化物酶同工酶 , 近地空间处理均 比 下射线辐
照损伤小 。 如何充分利用近地空间诱变因素 , 既产生较小的损伤效应 , 又诱发一些可利用的基
因“ 渐变 ” , 从而造就出一批新的作物品种和种质 , 还有待进一步研究 。
本文经朱斗北研究员审阅并修改 , 谨表谢意 。
参 考 文 献
蒋兴村 近地空间诱变育种 黑龙江 日报 , , ,
刘存德 空间植物学研究现状及趋势 植物学通报 , , 一
赵孔南等 植物辐射遗传育种研究进展 北京 原子能出版社 , , 一
蒋兴村 “ ”返地卫星搭载对水稻种子遗传性的影响 科学通报 , , 一
汪清 等 高粱辐射诱变早熟品种 系 的同工酶分析 原子能农业应用 , , 一
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