全 文 ：文章编号 :100028551 (2009) 052812204
空间诱变对肉苁蓉种子生活力和寄生情况的影响
徐　荣1 　孙素琴2 　周　峰1 　刘友刚3 　于　晶1 　刘同宁4 　陈　君1
(11 中国医学科学院 药用植物研究所Π濒危药材繁育国家工程实验室 ,北京　100193 ;
21 清华大学化学系 ,北京　100084 ; 31 天津中医药大学基础医学院 ,天津　300193 ; 41 永宁本草苁蓉种植基地 ,宁夏 银川　750010)
摘 　要 :选择性状优良的单株肉苁蓉种子 ,经“实践八号”返回式卫星搭载进行空间诱变 ,回收后与未搭载
的地面对照同时进行生活力水平和红外光谱特征分析 ,并在相同环境条件下接种于寄主梭梭根部 ,对搭
载与否的肉苁蓉种子的接种寄生情况进行调查。结果显示 ,与对照相比 ,搭载后的肉苁蓉种子生活力和
接种寄生率均有显著提高 ,寄生芽体的腐烂率大幅度降低 ,说明空间诱变对肉苁蓉种子的生活力、发芽
率和抗病性均有一定促进作用。红外光谱分析显示 ,太空搭载后肉苁蓉种子中的蛋白质和可溶性糖类
含量增加 ,油脂类含量有所降低 ,蛋白质与脂类所在特征区域的峰高比 ( I1630 / I1745 ) 由 1107 增加到 1116 ,
推断这可能与肉苁蓉种子生活力增强 ,萌发抑制物质减少有关 ,说明太空微重力和强辐射等因素导致了
肉苁蓉生活力的改变 ,同时其物质代谢途径也发生了改变。
关键词 :肉苁蓉 ;种子 ;空间诱变 ;红外光谱
SPACE MUTAGENIC EFFECTS ON Cistanche deserticola SEED VIABILITY
AND PARASITIC CONDITION
XU Rong1 　SUN Su2qin2 　ZHOU Feng1 　LIU You2gang3 　YU Jing1 　LIU Tong2ning4 　CHEN Jun1
(11 Institute of Medicinal Plant Development , Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College , Beijing 　100193 ;
2. Department of Chemistry , Tsinghua University , Beijing 　100084 ; 3. Tianjin University of Traditional Chinese Medicine ,
Tianjing 　300193 ; 4. Yongning Plantation of Hebra Cistanche , Yinchuan , Ningxia 　750010)
Abstract :The seeds of Cistanche deserticola which from a single plant with fine properties were carried to the space by the
recoverable experiment satellite“Shijian No. 8”. After space loading , the seed viability and characters of infrared spectroscopy
were analyzed and then planted to observe and investigate the variation and heredity. The results showed that compared to the
control group , the seed viability and germination rate increased observably after space loading. As well , the plants grew much
healthier at the seedling stage. The results indicated that space loading has obvious promote effects on the seed viability ,
germination rate and disease resistance of Cistanche deserticola. The analysis results of infrared spectroscopy showed the
contents of protein and carbohydrate were increased distinctly and the contents of oil or fat reduced somewhat in the seeds after
space loading. The intensity ratio between characteristic absorption peak of protein and characteristic absorption peak of fat
( I1625 / I1745 ) were increased from 1107 to 1116 , which could be related to the enhancement of seed viability and the reduction
of germination restraint substances. It could be concluded that microgravity and intense radiation in the space caused seed
viability and material metabolism change.
Key words : Cistanche deserticola ; seed ; space mutation ; infrared spectroscopy
收稿日期 :2009202226 　接受日期 :2009204227
基金项目 :国家航天育种工程计划 (No. 2006HT100170) ,国家科技支撑计划项目 (No. 2006BAI06A13205)
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 (19632) ,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
218　 核 农 学 报　2009 ,23 (5) :812～815Journal of Nuclear Agricultural Sciences
　　肉苁蓉 ( Cistanche deserticola Y. C. Ma)为列当科多
年生寄生性草本植物 ,是历代补肾壮阳类处方中使用
频度最高的补益类传统名贵中药材[1 ] 。由于野生资源
濒临枯竭 ,我国将肉苁蓉列为二级保护植物并鼓励发
展人工种植以满足国内外市场需求[2 ] 。近年来 ,关于
肉苁蓉人工繁育、栽培生理等各方面的研究工作不断
深入[3～5 ] 。种子是肉苁蓉引种驯化和人工种植的前
提 ,研究肉苁蓉种子生理和空间诱变研究对肉苁蓉的
人工扩繁和新品种选育具有重要意义。
自 1987 年我国首次利用返回式卫星搭载植物种
子以来 ,空间诱变技术已被广泛应用于各种农作物的
基因改良研究 ,并取得了显著的经济效益和社会效
益[6～8 ] 。本研究选择性状优良的单株肉苁蓉种子 ,搭
载“实践八号”返回式卫星进行空间诱变 ,回收后与留
地面未经搭载的对照肉苁蓉种子同时进行生活力水平
和红外光谱特征分析 ,并在相同环境下接种于寄主梭
梭根部 ,对诱变前后的接种寄生情况进行调查 ,为筛选
优良肉苁蓉种质提供基础数据。
1 　材料与方法
111 　材料和搭载处理
试验材料为 2005 年采集于宁夏永宁县本草苁蓉
种植基地的肉苁蓉单株种子 ,由本所陈君研究员鉴定。
将种子混匀后平均分为 2 份 ,1 份于 2006 年 9 月通过
“实践八号”返回式育种卫星太空搭载 15 d[9 ] ,另 1 份
留地作对照。
112 　方法
11211 　千粒重及生活力测定 　随机选择太空搭载与
未搭载的、大小均匀一致的肉苁蓉种子 ,采用百粒法测
定其千粒重 ,10 个重复 ,每个重复 100 粒 ,计算平均重
量 ,再换算成 1000 粒种子的质量。种子饱满度、生活
力和胚率的测定 :取测定千粒重的 3 个重复的种子
(300 粒) ,去皮 ,统计种仁的个数 ,得饱满度 ;之后将种
仁用四唑染色法[10 ] 测定生活力 ,测定方法 38 ℃下在
015 %的四唑 (TTC)溶液中染色 16h ;测定结束后 ,挤出
种胚计算有胚种仁的比率 ,即得胚率。由于肉苁蓉为
寄生性植物 ,发芽率测定方法复杂且重复性差 ,故本试
验中未作测定。
11212 　红外光谱分析 　采用红外光谱法分析搭载前
后的肉苁蓉种子[11 ] , 仪器为 Perkin2Elmer 公司的
Spectrum GX FTIR 红外光谱仪 ,光谱分辨率 4 cm - 1 ,扫
描范围 4000～400 cm - 1 ,扫描信号累加 16 次。将种子
样品 (每份 20 粒左右 ,3 个重复) 与溴化钾混合研磨充
分均匀 ,压片扫描 ,用 Spectrum v5102 操作软件采集和
分析图谱。
11213 　田间接种 　2007 年 7 月在宁夏永宁县本草苁
蓉种植基地将搭载处理 (SP) 和地面对照 (CK) 肉苁蓉
种子分别接种到 3 年生梭梭根部。选择长势相近的梭
梭 ,在距离梭梭根部 20 cm 处挖 40 cm 的坑 ,将约 50 粒
种子撒入坑底 ,覆土压实。2 种处理的种子分别接种
60 穴 ,3 组重复。
11214 　接种寄生情况调查　2008 年 11 月调查每处理
25 穴 (3 组重复) 的接种寄生情况 ,记录每组有肉苁蓉
寄生的穴数 ,每穴寄生根数、寄生点数、芽数以及腐烂
芽数等指标 ,计算平均穴寄生率、寄生根数、寄生点数、
芽体数、芽体长以及芽体腐烂率。
2 　结果与分析
211 　太空搭载对肉苁蓉种子生活力的影响
太空搭载与未搭载的肉苁蓉种子生活力水平差异
及千粒重等指标的测定结果如表 1 所示。
表 1 　太空搭载后肉苁蓉种子的特性
Table 1 　characteristics of C. deserticola seeds
after space loading
处理
treatment
千粒重
1000 kernel
weight
(mg)
饱满度
seed
plumpness
( %)
胚率
embryos
rate
( %)
生活力
seed
vitality
( %)
CK 103. 5 ±0. 35 96. 5 ±0. 5 96. 9 ±115 2313 ±1. 3
SP 10111 ±0148 9715 ±115 9519 ±011 3514 ±1. 4 3
注 : 3 表示显著水平 (0101 < P < 0105) ( t 检验) ,CK:对照 ; SP :太空搭
载 ,下表同。
Note : 3 means significance levels (0101 < P < 0105) ( t2test ) ,CK: control ;
SP :space loading , the same as following tables.
　　表 1 显示 ,太空搭载对肉苁蓉种子的生活力有一
定的影响。太空搭载后肉苁蓉的生活力 (3514 % ±
114 %) 比地面对照 (2313 % ±113 %) 提高了约 50 %。
说明太空环境对肉苁蓉种子生活力的提高具有明显的
促进作用。
212 　太空搭载对肉苁蓉种子成分的影响
红外光谱图谱 (图 1) 显示 ,地面对照种子 (CK) 的
谱峰包含 3009、2926、2855 cm- 1处 - CH2 和 = CH 伸缩
振动 ;1745 cm - 1处饱和羧酸酯键中羰基 (C = O) 的伸缩
振动 ;1626 cm - 1处蛋白质中 C = O 伸缩振动和 N2H 弯
曲振动产生的酰胺 I 带 ;1243 cm- 1处蛋白质酰胺 Ⅲ带
特征峰 ;1159 cm - 1处脂类或纤维素的 C - O 伸缩振动
峰和 1052 cm - 1 归属为碳水化合物中 C - OH 弯曲振
动[10 ] 。相比对照 ,太空诱变后肉苁蓉种子的主要化学
318　5 期 空间诱变对肉苁蓉种子生活力和寄生情况的影响
图 1 　太空搭载肉苁蓉种子的红外光谱图
Fig. 1 　Infrared spectra of C. deserticola seeds after (SP) space loading
成分组成未发生明显改变 ,但将脂类物质特征峰
(2926、2855、1745 cm- 1 ) 归一化后发现搭载后 1626、
1460、1243 cm - 1 处的蛋白质酰胺带特征峰有所增强 ,
1159、1051 cm- 1处代表碳水化合物成分的特征峰有明
显增强 ,其中 1052 cm - 1代表可溶性糖类的峰增强更加
明显。说明太空搭载后 ,肉苁蓉种子的蛋白质和可溶
性糖类含量增加 ,油脂类含量有所降低 ,经相关软件计
算[10 ]蛋白质与脂类所在特征区域的峰高比 ( I1626 / I1745 )
由 1107 增加到 1116 ,推断这可能与肉苁蓉种子生活力
增强 ,萌发抑制物质减少有关 ;同时可溶性糖类与非可
溶性糖类的峰高比 ( I1051 / I1159 ) 也由 1118 增加到了
1127 ,说明种子中糖类物质组成发生了明显改变 ,推测 太空环境使肉苁蓉种子萌发需要的可溶性糖类增加。以上分析结果表明 ,太空搭载能够在一定程度上改变种子内的物质代谢。213 　太空搭载对肉苁蓉接种寄生情况的影响肉苁蓉为多年生寄生性植物 ,营养生长期完全在地下完成 ,接种寄生后 2～3 年才能出土开花结果。同时 ,由于肉苁蓉寄生与肉苁蓉种子的休眠程度和梭梭根是否长到种子附近有关 ,其寄生存在不同时性 ,一般在接种后的几年内均陆续有种子寄生。因此本研究是将太空搭载与未搭载的肉苁蓉种子接种到寄主梭梭根部一年多以后 ,在接种处挖开土调查接种寄生情况 ,具体数据见表 2。
表 2 　太空搭载肉苁蓉种子接种寄生情况调查
Table 2 　Investigation on the parasitic results of C. deserticola seeds after (SP)
space loading and its control (CK)
处理
treatment
穴寄生率
pit parasitic
rate ( %)
寄生根数
parasitic
roots number
寄生点数
parasitic
points number
芽体数
bud number
总芽体长
bud length
芽体腐烂率
bud rot
rate ( %)
CK 2812 ±8. 1 310 ±1. 0 317 ±2. 1 813 ±2. 5 5116 3610 ±10. 3
SP 3918 ±4. 0 3 317 ±0. 6 510 ±2. 0 3 1210 ±3. 0 3 7311 0
表 2 中的各项指标显示 ,经太空搭载后的肉苁蓉种子
接种寄生率明显提高 ,比对照提高了 1116 % ,这与之
前测定的生活力指标的变化趋势一致。说明太空搭载
对肉苁蓉种子的接种寄生具有一定的促进作用 ,可能
是由于太空环境改变了肉苁蓉种子内的物质代谢 ,使
其生活力水平提高 ,萌发率也随之提高。
由于肉苁蓉寄生先后差异较大 ,芽体的生长时间
不同 ,芽体的长度存在很大差异 ,调查时有的刚寄生上
芽体不到 1 cm 大 ,有的已经超过 20 cm ,因此本文没有
对太空搭载与未搭载种子的芽体长作方差分析 ,仅对
寄生芽体的总长进行比较。结果显示 ,搭载后的寄生
点数、芽体数等均明显大于地面对照 ,推断肉苁蓉种子
在经太空搭载后萌发寄生过程加快 ,使其在寄生点数
等各个方面均明显优于未经搭载的对照组种子。同
时 ,地面对照组的芽体腐烂率高达 3610 ±1013 % ,而搭 载后芽体腐烂率则为 0 ,说明空间诱变对肉苁蓉种子的抗病性也有一定的增强作用 ,其机理有待进一步探究。3 　讨论宇宙空间的物理环境与地面有很大的差异 ,其微重力、空间辐射和超真空等对进入空间环境的植物材料具有明显的作用。有研究表明 ,空间环境有助于提高种子活力及幼苗抗逆性 ,从而对种子萌发能力产生显著影响 ,但不同植物或同一植物不同品种的敏感度存在差异 ,如经太空搭载的小麦、大麦、玉米、番茄等种子的发芽率明显提高 ;水稻、谷子、豌豆和烟草等植物种子的发芽率与地面对照无明显差异 ;而高粱、西瓜、茄子和丝瓜等植物种子经飞行处理后发芽率反而降
418 核　农　学　报 23 卷
低[12～14 ] 。
本研究中 ,肉苁蓉种子经空间搭载后 ,生活力、接
种寄生率和抗病性均有显著提高 ,这些变异有助于提
高肉苁蓉药材的产量和质量。但这些变异是否能够稳
定遗传有待进一步验证。一般认为卫星搭载后发芽率
和出苗率的变化是由种子在飞行过程中受到的生理损
伤所致 ,而本文中红外光谱分析显示 ,卫星搭载后 ,与
肉苁蓉种子生活力增强有关的蛋白质和可溶性糖类含
量增加 ,萌发抑制物质减少 ,说明太空微重力和强辐射
等因素导致了肉苁蓉种子生活力的改变 ,同时其物质
的代谢途径也发生了改变。
由于肉苁蓉为多年生寄生性植物 ,每 3 年左右才
有一代 ,这给育种工作带来很大困难。同时 ,肉苁蓉为
虫媒异花传粉植物[14 ] ,并且可能存在自交不亲和性 ,
使常规育种方法难以应用。而植物种子在太空环境中
受各种因素的综合作用 ,使其在地面种植后植株的生
理功能、水分运输、营养成分在体内的分配及叶面蒸腾
等受到影响从而导致植物的性状发生变化[15 ] 。肉苁
蓉种子细小 ,平均千粒重仅 90132 mg ,因此相同重量的
种子搭载后可以产生更多的变异种子 ,太空诱变育种
可能是实现肉苁蓉良种选育的有效途径。
参考文献 :
[ 1 ] 　国家药典委员会编著. 中华人民共和国药典 (一部) [M] . 北京 :
化学工业出版社 , 2005 : 90
[ 2 ] 　傅立国. 中国植物红皮书[M] . 北京 : 科学出版社 , 1992 : 502
[ 3 ] 　戈建新. 肉苁蓉的人工种植方法[ P] . CN , 01132486. 4 , 20022052
01
[ 4 ] 　程齐来 , 陈　君 , 于 　晶 , 刘杏忠 , 孙炳达 , 程惠珍. 荒漠肉苁
蓉茎腐病的初步研究[J ] . 中草药 , 2005 , 36 (4) : 582 - 585
[ 5 ] 　幺　历 , 程惠珍 , 杨　智. 中药材规范化种植技术指南[M] . 北
京 : 中国农业出版社 , 2006 : 1232 - 1234
[ 6 ] 　温贤芳 , 张　龙 , 戴维序 , 李春华. 天地结合开展我国空间诱变
育种研究[J ] . 核农学报 , 2004 , 18 (4) : 241 - 246
[ 7 ] 　王俊敏 , 骆荣挺 , 鲍根良 , 张铭铣 , 徐建龙 , 吴 　伟. 采用空间
诱变技术选育特早熟晚粳新品种航天 36 [J ] . 核农学报 , 2007 ,
21 (4) : 323 - 327
[ 8 ] 　刘录祥 , 郭会君 , 赵林姝 , 古佳玉 , 赵世荣. 我国作物航天育种
20 年的基本成就与展望[J ] . 核农学报 , 2007 , 21 (6) : 589 - 592
[ 9 ] 　吕兑财 ,黄增信 ,赵亚丽 ,郭会君 ,王根良 ,贾向红 ,李春华 ,张 　
龙 ,刘录祥. 实践八号育种卫星搭载植物种子的空间辐射计量分
析[J ] . 核农学报 ,2008 ,22 (1) :5 - 8
[10 ] 　颜启传 , 黄亚军. 种子四唑测定手册[M] . 上海 : 上海科技出版
社 , 1992
[11 ] 　徐　荣 , 孙素琴 , 陈　君 , 陈士林 , 周 　峰. 肉苁蓉种子成分及
活力的红外光谱分析[J ] . 光谱学与光谱分析 , 2009 , 29 (1) : 97
- 101
[12 ] 　Mei M , Qiu Y, He Y, Bucker H , Yang C H. Mutational effects of space
flight on Zea Mays Seeds[J ] . Adv Space Res , 1994 , 14 (10) : 33 - 39
[13 ] 　Wei L J , Yang Q , Xia H M , Furusawa Y, Guan S H , Xin P , Sun YQ.
Analysis of cytogenetic damage in rice seeds induced by energetic heavy
ions on2ground and after spaceflight [J ] . J Radiat Res , 2006 , 47 (3 -
4) : 273 - 278
[14 ] 　李永辉 , 涂北根 , 焦长兴 , 李 　瑶 , 蔡耀辉 , 王 　丰. 植物空间
诱变育种研究进展[J ] . 江西农业学报 , 2008 , 20 (1) : 21 - 25
[15 ] 　陈　君 , 刘同宁 , 程惠珍 , 朱兴华 , 丁万隆. 肉苁蓉传粉特性研
究[J ] . 中国中药杂志 , 2003 , 28 (6) : 504 - 507
[16 ] 　郭亚华 , 谢立波 , 王　雪 , 邓立平. 辣椒空间诱变育种技术创新
及新品种 (品系)培育[J ] . 核农学报 , 2004 , 18 (4) : 265 - 26
518Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2009 ,23 (5) :812～815