全 文 ：文章编号 :100028551 (2008) 022179204
航天诱变对甘蓝型油菜根尖的细胞学效应
谢　琳　牛应泽　罗　谊
(四川农业大学油菜研究中心 , 四川 雅安　625014)
摘 　要 :对经卫星搭载的甘蓝型油菜不育系及保持系种子当代 (SP1 ) 根尖细胞进行了细胞学研究。结果
表明 ,与未搭载对照相比 ,航天诱变对多数甘蓝型油菜种子根尖细胞的有丝分裂产生了促进效应 ,同时
使根尖细胞产生了较高频率的染色体畸变和微核。分析表明 ,通过卫星搭载 ,甘蓝型油菜种子在细胞学
水平上发生了真实的诱变效应。与不育系材料相比 ,航天搭载对保持系材料有着更强的诱变作用。
关键词 :甘蓝型油菜 ;航天诱变 ;有丝分裂指数 ;染色体畸变 ;微核
CYTOLOGICAL EFFECTS OF SPACE FLIGHT ON ROOT2TIP CELLS IN RAPESEED ( Brassica napus L. )
XIE Lin 　NIU Ying2ze 　LUO Yi
( Rapeseed Research Center , Sichuan Agricultural University , Ya′an , Sichuan 　625014)
Abstract :The seed of rapeseed ( Brassica napus L. ) was carried by satellite“Shijian 8”. The cytological effects of space
mutation on the root2tip cells was studied in SP1 generation. The results showed that the mitotic index , rate of chromosome
aberration and rate of micronuclei were obviously increased in most of treated materials compared with the control , which
indicated that true cytological mutations were induced by space flight . The mutagenic effects were observed higher in the
maintainer lines than in the male sterile lines.
Key words :rapeseed ; space mutation ; mitotic index ; chromosome aberration ; micronuclei
收稿日期 :2007205216 　接受日期 :2007207220
基金项目 :教育部长江学者和创新团队发展计划 ( IRT0453) 、四川省教育厅农作物育种专项 (2006LD006)资助
作者简介 :谢琳 (19822) ,女 ,四川中江人 ,在读硕士生 ,研究方向为作物遗传育种。Tel :083522882164 ; E2mail :xlfly2007 @1631com
通讯作者 :牛应泽 (19552) ,男 ,四川中江人 ,教授 ,博士 ,主要从事油菜遗传育种研究。Tel :083522882786 ; E2mail : nyz @sicau. edu. cn
　　航天诱变育种是利用返回式航天器将植物种子带
到太空 ,利用宇宙空间的特殊环境 (微重力、高真空、宇
宙射线、重粒子等因素) 使植物种子产生变异 ,再返回
地面选育新种质、新材料 ,培育新品种的一种创造变异
手段[1 ] ,因其具有诱变效率高 ,变异幅度大 ,生理损伤
轻 ,变异性状稳定快以及易出现一些特殊的变异类型
等优点而受到育种学家的重视[2～10 ] 。在作物航天诱变
育种工作中 ,对不同作物的不同品种进行诱变后的细
胞学效应研究 ,将有利于材料的选择、诱变效果的提
高。目前 ,有关航天诱变对甘蓝型油菜细胞学效应的
研究尚未见报道。本研究对经航天搭载的甘蓝型油菜
种子根尖细胞进行了观察 ,旨在为植物航天诱变育种
机制和油菜航天诱变育种提供理论参考。
1 　材料与方法
111 　材料
航天搭载的种子由四川农业大学油菜研究中心提
供 ,包括 2 对细胞质雄性不育系及其保持系 (9313A、
9313B、P100A、100B ) 和 1 个隐性核不育两用系
(M2AB) ,所有材料均已达到遗传纯合稳定。每份材料
都随机取种子 200 粒作航天诱变处理 ,并保留一部分
种子作地面对照。供试材料由首颗航天育种卫星“实
践八号”搭载[11 ] ,卫星在近地点为 187km、远地点为
463km的轨道上运行了 355h (约 15d) ,航程 900 多万
km。
971　核 农 学 报　2008 ,22 (2) :179～182Journal of Nuclear Agricultural Sciences
112 　方法
11211 　材料制备 　将经航天搭载的种子 ,每份各取 10
多粒在铺有滤纸的培养皿中发芽 ,于 25 ℃恒温培养 ,
以同时收获未经搭载种子作对照。待根长至 1～2cm
时取材 ,用 01002molΠL 82羟基喹啉在 4 ℃冰箱中低温预
处理 4h ,用蒸馏水冲洗 3 次 ,再将根尖转移到卡诺氏
固定液 Ⅱ(乙醇∶乙酸∶氯仿 = 6∶1∶3) 中固定 24h ,蒸馏
水冲洗后转入 70 %酒精中 ,在 4 ℃冰箱中保存。采用
压片法制片 ,取出已固定根尖 ,用蒸馏水冲洗 3 次 ,用
1molΠL HCl 于 60 ℃解离 8min ,取出后用蒸馏水冲洗几
遍 ,改良苯酚品红染色 ,压片镜检。
11212 　细胞学观察 　每个材料 (包括对照) 观察 8 个
根尖 ,分别统计细胞有丝分裂指数、染色体畸变率、微
核率。有丝分裂指数是指一定分裂组织或细胞群中处
于有丝分裂 M 期的细胞数占其总细胞数的百分数 ,它
是表示细胞繁殖活动程度的指数 ,统计约 2400 个细
胞。染色体畸变率统计选用分散良好、清晰可见的分
裂期细胞约 2400 个 ,统计具有染色体畸变 (如染色体
片断、染色体桥等现象)的分裂相细胞数。微核的着色
与主核相当或稍浅一些 ,其形态为圆形或椭圆形 ,大小
在主核 1Π3 以下[12 ] ,观察约 24000 个间期细胞 ,统计含
微核的细胞数。细胞有丝分裂指数、染色体畸变率和
微核率的计算公式如下[13 ] :
有丝分裂指数 = (有丝分裂细胞数Π观察细胞数)
×100 %
染色体畸变率 = (染色体畸变细胞数Π观察细胞
数) ×100 %
微核率 = (具有微核的细胞数Π观察细胞数) ×
1000 ‰
113 　数据分析
采用荣廷昭[14 ] 介绍的成组数据的平均数差异假
设测验方法 ,利用 DPS 数据处理软件对镜检所得数据
进行统计分析 ,检测各处理组与对照组之间的差异显
著性。
2 　结果与分析
211 　航天诱变对甘蓝型油菜根尖细胞有丝分裂指数
的影响
甘蓝型油菜根尖细胞的有丝分裂指数测定结果如
图 1 所示。材料 100B 显示航天搭载比对照组略低 ,表
现出航天搭载具有一定的抑制效应。其余 4 个材料的
有丝分裂指数均明显高于对照组 ,显示出促进效应。
其中材料 9313B、P100A 的有丝分裂指数与其对照差异
显著 ( P < 0105) ,而其他 3 个材料并没有表现出显著
性差异 ,说明各个材料因为基因型的不同而对航天搭
载这个诱变因子表现出不同程度的差异性。
图 1 　航天诱变对甘蓝型油菜根尖细胞有丝分裂指数的影响
Fig. 1 　Effects of space mutation on mitotic index
of root2tip cells in rapeseed3 :处理与对照的差异达 P = 0105 水平 ,图 3 同3 :Significance at the 0105 probability level ,the same as fig. 3
212 　航天诱变对甘蓝型油菜根尖细胞染色体畸变率
的影响
航天诱变对甘蓝型油菜根尖细胞染色体畸变率的
影响见图 2。航天诱变能使某些有丝分裂细胞染色体
异常 ,如染色体片断 (图 32a、32b) ,染色体桥 (图 32c) ,
染色体双桥 (图 32d) 等现象。测定结果显示出航天搭
载材料 M2AB 的染色体畸变率与对照组相近 ,其余 4
个甘蓝型油菜品系均能被诱导根尖细胞染色体畸变率
大幅度提高。其中 ,材料 9313B、100B 与对照组之间差
异极显著 ( P < 0101) ,其余材料没有表现出显著性差
异 ,说明航天搭载对保持系材料 9313B、100B 的染色体
畸变有很强的诱变作用。
图 2 　航天诱变对甘蓝型油菜根尖细胞染色体畸变的影响
Fig. 2 　Effect of space mutation on chromosomal
aberration frequency of root2tip cells in rapeseed33 :处理与对照的差异达 P = 0101 水平 ,图 3 同
Significance at the 0101 probability level ,the same as fig. 3
081 核　农　学　报 22 卷
图 3 　甘蓝型油菜根尖细胞在显微镜下染色体畸变和微核图样
Fig. 3 　The picture of the chromosome aberration and micronuclei under the electron microscope in rapeseed
a、b. 染色体片断 ;c :染色体桥 ;d :染色体双桥 :e、f :微核 (箭头所指为微核)
a ,b :fragment of chromosome ;c :bridge chromosome ;d :double2bridge chromosome ;e ,f :micronuclei (micronuclei are shown by arrowheads)
213 　航天诱变对甘蓝型油菜根尖细胞微核率的影响
甘蓝型油菜根尖细胞的微核千分率测定结果如图
4 所示 ,在显微镜下的微核图样见图 32e、f。结果表明 ,
5 个甘蓝型油菜品系的微核率都显著高于对照 ,说明
航天搭载能诱导油菜根尖细胞产生较高频率的微核。
其中 ,材料 9313B 与对照组之间差异极显著 ( P <
0101) ,材料 9313A、100B 与对照组之间差异显著 ( P <
0105) ,而材料 P100A、M2AB 没有表现出显著性差异 ,
说明航天搭载对材料 9313A 、9313B、100B 的微核率有
较强的诱变作用。
图 4 　航天诱变对甘蓝型油菜根尖细胞微核率的影响
Fig. 4 　Effects of space mutation on micronuclei
frequency of root2tip cells in rapeseed
3 　讨论
许多研究表明 ,植物种子进入空间飞行后会发生
遗传性损伤[15 ,16 ] 。空间飞行会大大增加根尖细胞的染
色体畸变频率和微核率。这些遗传性变异在拟南芥、
莴苣、黄瓜、胡萝卜、大麦、小麦、玉米、烟草等植物中均
已观察到[17 ] 。目前主要观点认为 ,染色体桥的形成是
由染色体断裂再融合形成双着丝粒染色体的结果 ,在
细胞分裂后期 ,具双着丝粒染色体的两个着丝粒分别
移向细胞两极 ,因而形成染色体桥。而无着丝粒的染
色体则形成片断 ,因为纺缍丝是与着丝粒相连 ,而使染
色体移向细胞的一极 ,无着丝粒染色体由于无着丝粒 ,
就不能到达细胞的一极 ,则停留在细胞的赤道板
上[18 ,19 ] 。微核是真核生物细胞中的一种异常结构 ,是
染色体畸变的另一种表现形式 ,往往是细胞经辐射或
化学药物的作用而产生的。在细胞有丝分裂时 ,由于
受到有害理化因子的损伤 ,染色体发生断裂。在下一
次分裂间期 ,丧失着丝粒的染色体片断行动滞后 ,不能
进入子细胞的主核 ,形成滞留在核外的微小染色质块 ,
即微核[20 ] 。染色体片断能引起基因片段的丢失和基
因的重组 ,同时也是后期微核产生的主要来源 ,微核率
的大小可以直接反映染色体损伤程度的大小[21 ] 。
由本试验的结果可知 ,对多数材料来说 ,航天诱变
能促进细胞的有丝分裂 ,也能使油菜种子根尖细胞产
生较高频率的染色体畸变和微核。对甘蓝型油菜根尖
细胞染色体畸变率和微核率的统计是通过观察甘蓝型
油菜根尖细胞有丝分裂中期至末期来确认的。在处于
有丝分裂中期的细胞中 ,染色体的变异已经发生 ,主要
是以染色体片断为主 ;而在有丝分裂后期至间期 ,多为
181　2 期 航天诱变对甘蓝型油菜根尖的细胞学效应
染色体桥和微核。若按照有丝分裂指数来看 ,各材料
对航天诱变的敏感性依次为 :9313B > P100A > M2AB >
9313A > 100B ,但 100B 与其他材料表现的有丝分裂促
进效应不同 ,表现为抑制效应 ,这是需要注意的。这说
明材料 100B 对航天诱变的敏感性可能比其他材料更
强 ,所以就这一指标来判断各材料对航天诱变的敏感
性还有待进一步的研究。若按照染色体畸变率来看 ,
各材料对航天诱变的敏感性依次为 : 100B > 9313B >
9313A > P100A > M2AB ;若按照微核率来看 ,材料对航
天诱变的敏感性依次为。9313B > 9313A > 100B >
P100A > M2AB。不同试验材料对同一诱变因素的敏感
性不同 ,从根本上来讲是遗传物质的差异造成的。染
色体是遗传物质的载体 ,航天诱变使生物基因组 DNA
的碱基产生变异 ,并造成 DNA 的断裂和重组 ,产生基
因突变 ,为生物遗传变异奠定了基础[22 ] ,有可能产生
可遗传的变异。因此 ,材料处理当代 (SP1 代) 产生的
变异有的是可以遗传下去的。另外 ,本试验地面对照
组中也存在微核与染色体畸变率 ,这属于正常自发突
变范围 ,并不影响试验数据的真实性及其分析。
综上所述 ,染色体畸变率和微核率两个指标所得
的结果比较一致。材料 9313A、9313B 和 100B 出现细
胞学变异的频率相对较高 , 表明这 3 个材料出现变异
类型的可能性更大一些 ,所以我们在后期试验中应重
点观察 9313A、9313B 和 100B ,研究其实际变异程度是
否与细胞学观察结果一致 ,从而确定其细胞学指导的
可靠性。同时 ,本试验证明了保持系材料 9313B、100B
较不育系材料 9313A、P100A 的损伤效应更大 ,即航天
诱变对保持系材料有着更强的诱变作用 ,说明保持系
材料对航天诱变因子更为敏感 ,更适合用于航天搭载
试验。本研究结果从一定程度上为植物航天诱变育种
机制和油菜航天诱变的研究提供了初步的理论参考 ,
对于后代变异类型的选择具有初步的指导意义。这将
有利于解决目前航天搭载后科技人员在田间选择的盲
目性高、选择效率低、成效慢等问题[23 ] 。
参考文献 :
[ 1 ] 　张宜军. 冯辉教授谈太空育种. 新农业 ,2004 ,1 :45～46
[ 2 ] 　庞爱军 ,庞伯良 ,彭选明 ,等. 卫星搭载与60 Coγ射线复合处理水
稻干种子诱变效果的研究. 核农学报 ,2006 , 20 (2) : 87～89
[ 3 ] 　刘录祥 ,王　晶 ,赵林妹. 作物空间诱变效应及地面模拟研究进
展. 核农学报 ,2004 ,18 (4) :247～251
[ 4 ] 　方金梁 ,邹定斌 ,周永胜. 航天诱变选育高产高蛋白质水稻新品
种. 核农学报 ,2004 ,18 (4) :280～283
[ 5 ] 　陈芳远 ,卢升安 ,易小平. 空间诱变创造克服灿粳杂种半不育性
新种质和新恢源研究. 激光生物学报 ,2000 ,9 (2) :119～124
[ 6 ] 　曹墨菊 ,荣廷昭 ,潘光堂. 首例航天诱变玉米雄性不育突变体的
遗传分析. 遗传学报 ,2003 ,30 (9) :817～822
[ 7 ] 　刘 泽 ,赵仁渠. 空间条件对油菜诱变效果的研究 - 突变类型的观
察与筛选. 中国油料作物学报 ,2000 ,22 (4) :6～8
[ 8 ] 　蒲晓斌 ,张锦芳 ,等. 甘蓝型油菜太空诱变后代农艺性状调查及
品质分析. 西南农业学报 ,2006 ,19 (3) :373～377
[ 9 ] 　尹淑霞 ,韩烈保. 分子标记及其在植物空间诱变育种研究中的应
用. 生物技术通报 ,2006 ,1 :50～57
[10 ] 　Liu Luxiang. Crop germplasm enhancement through aerospace mutation
technique. Aerospace China , 2005 , 6 (3) :17～18
[11 ] 　Rain. China Launches 1st Breeding Satellite. Aerospace China , 2006 , 7
(3) :10～11
[12 ] 　高 　雪 ,胡 　婧 ,金 　毅. EDTA 对蚕豆根尖细胞微核的诱变作
用. 氨基酸和生物资源 ,2004 ,26 (1) :35～37
[13 ] 　陆　璃 ,吕金印. 60Coγ射线辐照对小麦种子根尖细胞有丝分裂的影
响.西北农林科技大学学报(自然科学版) ,2005 ,33(9) :57～62
[14 ] 　荣廷昭. 田间试验与统计分析. 成都 :四川大学出版社 ,2001
[15 ] 　贾建航. 空间诱变育种研究进展. 核农学报 ,1999 ,13 (3) 187～192
[16 ] 　龙卫平 ,郑锦荣. 航天育种研究进展. 长江蔬菜 ,2005 ,7 :35～37
[17 ] 　王彩莲. 植物空间诱变效应的研究及其应用探讨. 中国农学通
报 ,1996 ,l2 (5) :24～25
[18 ] 　钱晓薇. 乙酸铜对蚕豆根尖细胞致畸效应. 细胞生物学杂志 ,
2005 ,27 :351～357
[19 ] 　Guan Mei ,Li Xun. Effect of 12C heavy ion beam irradiation on rapeseed
( Brassica napus ) . Proceedings of the 12th International Rapeseed
Congress ,2007 ,1 :306～312
[20 ] 　帅素容. 普通遗传学实验教程. 成都 :四川科学技术出版社 ,2003
[21 ] 　田素青. 微核着丝粒的荧光原位杂交技术在辐射研究中的应用.
国外医学 (放射医学核医学分册) ,2002 ,26 (2) :83～86
[22 ] 　宋建军. 话说太空育种. 当代蔬菜 ,2004 ,2 :6～7
[23 ] 　潘光辉 ,尹贤贵. 农作物太空育种研究进展. 西南园艺 ,2005 ,33
(4) :34～36
281 Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2008 ,22 (2) :179～182