全 文 ：文章编号 :100028551 (2008) 022188204
航天诱变黄芩种子对其 SP1 代的影响
单成钢1 ,2 　王志芬1 ,2 　苏学合1 ,2 　闫树林1 ,2
(11 山东农业科学院中草药核技术与航天育种研究中心 ,山东 济南　250100 ;
21 山东农业科学院原子能农业应用研究所 ,山东 济南　250100)
摘 　要 :本文着重分析了航天搭载对黄芩 SP1 群体的影响 ,其中包括成苗能力、株型性状、生殖性状以及
过氧化物同工酶谱的差异。结果表明 ,除个别性状外 ,搭载从总体上对地上部性状起抑制作用 ;航天诱
变有一定的扩大各性状的变异谱作用 ;同工酶分析初步表明 ,本次航天诱变使过氧化物同工酶酶谱多态
性增加。
关键词 :黄芩 ;航天诱变 ;地上部性状 ;同工酶
SP1 BIOLOGICAL EFFECTS OF SPACE INDUCEMENT ON Scutellaria baicalensis
SHAN CHeng2gang1 ,2 　WANG Zhi2fen1 ,2 　SU Xue2he1 ,2 　YAN Shu2lin1 ,2
(11 Research Center for Nuclear Technique and Space Breeding of Chinese Herb , Shandong Academy of Agricultural Sciences , Jinan , Shandong 　250100 ;
21 Institute for Application of Atomic Energy , Shandong Academy of Agriculture Sciences , Jinan , Shandong 　250100)
Abstract :The space effects on characteristics of Scutellaria baicalensis Georgi SP1 , including the field survival ability , plant
type traits , reproductive characteristics and peroxidase isozyme. The results showed that the growth of different varieties of
Scutellaria baicalensis Georgi was inhibited significantly and variation range of characteristics was widen by space2carrying ,
meanwhile , the peroxidase isozyme analysis indicated that polymorphism of enzymogram was improved also.
Key words : Scutellaria baicalensis Georgi ; space mutation ; ground characteristics ; peroxidase isozyme
收稿日期 :2007205211 　接受日期 :2007209201
基金项目 :国家航天育种工程项目 (2006HT1020165)和山东农科院博士基金项目 (2006YBS003)
作者简介 :单成钢 ( 19702) ,男 ,山东龙口人 ,博士 ,副研究员 ,主要从事药用植物遗传改良与规范化种植研究。Tel : 13589019105 ; Email :
shanchenggang @1261com　　黄芩 ( Scutellaria baicalensis Georgi)为唇形科黄芩属多年生草本植物 ,是我国传统的大宗类中药材 ,以根入药 ,具清热燥湿、泻火解毒、止血安胎之功效[1～4 ] 。一直以来黄芩药源以野生为主 ,近年来由于国内外市场对黄芩药材和黄芩甙需求的迅速增长 ,人工栽培的黄芩已成为黄芩药材主要来源 ,但目前关于黄芩良种培育的报道却很少[5 ] ,仅见采用人工诱导方法获得了黄芩多倍体品系[6 ] 。植物航天诱变育种已成为我国相对独立且有效的育种手段 ,运用这一技术已成功选育出水稻、小麦、棉花、大豆、油菜、黄瓜等植物品种 513 个 ,占世界各国航天诱变育成品种总数的 25 %[7～15 ] 。为了从根本上解决黄芩的育种问题 ,我们对黄芩种子进行了航天搭载 ,并对诱变种子 SP1 代的生物学效应进 行了初步研究 ,以期为黄芩种质的改良和品种选育提供参考。1 　材料与方法111 　材料试验所用的 3 个黄芩品种分别为山东平邑 (品种1 —株型矮小 ,抗逆性差 ,易早衰) ,山东蒙阴 (品种 2 —高秆 ,易匍匐 ,晚熟)和山东中医药研究院 (品种 3 —中熟 ,株型松散 ,抗旱性强) 。品种 1、2 均是山东主产区多年栽培的农家种 ,品种 3 是在农家种的基础上纯化所得品系。3 种黄芩种子经“实践八号”航天育种卫星搭载 15d 并返回地面 ,以未经搭载的黄芩种子为对照 ,
881　 核 农 学 报　2008 ,22 (2) :188～191Journal of Nuclear Agricultural Sciences
品种 1、2、3 的代号分别是 CK1、CK2、CK3 ,搭载后相应
黄芩种子的代号分别为 HQ0601、HQ0602、HQ0603。
112 　方法
11211 　种子发芽试验 　各取 50 粒搭载和未搭载的种
子共 6 份 ,测定其发芽率。采用纸上 ( TP) 发芽床 ,于
25 ℃光照培养箱中培养 ,重复 3 次 ,具体方法参见种子
发芽试验程序[13 ] 。
11212 　田间农艺性状观察 　从搭载和未搭载 (对照)
的 6 份种子中各选出 200 粒 ,于 2006 年 2 月 4 日在塑
料大棚内播种 ,密度 400 株Πm2 ,行长 1m ,行距 0125m ,
开沟均匀撒播 ,盖细沙土 015cm ,再盖一薄层麦草并覆
地膜。重复 3 次。
播种后 ,观察并记录生育进程 ,调查田间出苗率。
于盛花期 (6 月 15 日) 调查所有植株的成苗率、株高、
主茎分支数、主茎叶片数、叶片长度、宽度、果穗长度、
每穗花蕾数 (截止调查当日可见的花、蕾总数) 、花冠长
度 (花冠完全开放时 ,花冠基部至花冠最远端的直线距
离)和单株果穗数等性状。
11213 　过氧化物同工酶测定 　剪取开花期植株上部
叶片 (搭载材料取 3 株叶片对照取 1 株叶片) ,置于 0 ℃
冰箱中预冷 30min ,分别称取冷冻叶片 015g ,放入预先
冷却的研钵 ,按 1∶5 左右的比例加入提取介质 (蔗糖
11198g ,Tris 01606g , 抗坏血酸钠 01088g , 半胱氨酸
01030g 和氯化镁 01020g ,pH714 ,定容至 100ml) ,冰浴
中研磨成匀浆 ,以 10000rΠmin 冷冻 0 ℃离心。取上清液
0 ℃于冰箱中保存。样品采用聚丙烯酰胺凝胶电泳 ,分
离胶浓度为 712 % (pH 819) ,浓缩胶浓度为 311 % (pH
617) , 电极缓冲液为 Tris2甘氨酸 ( pH 813 ) 。采用
DYY6C电泳仪 (北京六一仪器厂) 和 DYCZ224F 垂直板
电泳槽 (北京六一仪器厂) ,于 4 ℃下电泳 4h ,溴酚兰为
前沿指示剂 ,恒流 30mA。电泳后用联苯胺染色法染
色。
酶带的相对迁移率 (Rf) ( %) = (酶带迁移距离Π溴
酚蓝迁移距离) ×100 %。
2 　结果与分析
211 　成苗能力比较
本研究以发芽率、出苗率和成苗率表征种子的成
苗能力 (图 1) 。通过比较看出 ,3 个品种经航天搭载后
其发芽率、出苗率和成苗率均有不同程度降低 ,如品种
3 的发芽率降低最大达 (17 %) ,品种 2 的成苗率降低
最小仅有 (015 %) 。种子成苗能力的下降可能与太空
环境抑制了种子活力和生长势有关。从图 1 可以看
出 ,品种之间在成苗能力上存在着差异性 ,无论是发芽
率、田间出苗率还是成苗率品种 1 都低于另外两个品
种 ,从对照来看 ,品种 1 的发芽率分别比品种 2 和品种
3 低 45 %和 47 % ,在田间出苗率上也有类似差异。
图 1 　航天搭载与地面对照黄芩种子成苗能力比较
Fig. 1 　Seed vigor ability comparison between
space treatmentt and control
212 　株型特征比较
株型特征反映了黄芩营养生长的状况 ,航天搭载
对不同品种株型特征的影响存在差异 (表 1) 。
品种 1 的特点是矮秆、多分枝、叶片小且数量少。
经航天搭载后矮化加重 ,分支数减少 ,主茎叶片数亦减
少 ,叶片面积也显著减小 ,叶片面积减小的主要原因是
叶片长度的大幅度变化 ,从平均 418cm 缩小到 413cm ,
减少了 1014 %。
品种 2 植株较高 ,分枝少 ,主茎叶片数较多 ,叶片
大小适中 ,长Π宽比小。经航天搭载后株高降低幅度较
大 ,约下降了 3114 % ,分枝数略有上升 ,主茎叶片数减
少了 1312 % ,差异显著。叶片长度减少 1016 % ,达显
著水平。
品种 3 属于多叶类型 ,叶片较大 ,分枝少 ,植株较
高。航天搭载使分枝数明显增加 ,从平均 217 个增加
到 318 个 ,增加了 4017 %。搭载后同样呈现植株矮化 ,
叶片减少的趋势 ,矮化和减少幅度分别是 2013 %和
2612 %。
从总体来看 ,航天搭载的负效应大于正效应 ,除个
别性状 (如有的品种分枝数有所增加) 外 ,对其他性状
均表现出不同程度的抑制作用。另外 ,除个别情况 (例
如品种 1 的主茎叶片数和品种 2 叶片的长 ×宽等) 外 ,
其他各性状的标准差均是航天组大于对照组 ,表明航
天搭载对扩大各株型性状的变异谱具有一定的作用。
213 　生殖性状比较
从生殖性状看 (表 2) ,品种 1 的生殖能力较强 ,具
有果穗长、花蕾数多、单株果穗数多等特点 ,但花冠较
981　2 期 黄芩种子航天诱变的 SP1 生物学效应
小 ,属于花小而多的类型。品种 1 对航天搭载的反应
比较强烈 ,各项指标均呈现大幅度下降 ,果穗长度缩短
4418 % ,每穗花蕾数和单株果穗数分别减少 3315 %和
917 %。品种 2 的果穗长度、每穗花蕾数和花冠大小介
于另外两个品种之间 ,而单株果穗数最少 ,平均只有
317 个。航天搭载处理使各项指标有所降低 ,而单株 果穗数降低幅度为 2116 % ,每个单株的果穗数不足 3个。品种 3 花冠长度为 310cm ,果穗长度短 ,每穗花蕾数少 ,单株果穗数较少 ,属于短果穗大花类型。经航天搭载果穗长度缩短 1611 % ,单株果穗数减少 1416 % ,每穗花蕾数和花冠长度都有不同程度的减少或降低。　　
表 1 　黄芩航天搭载与地面对照株型特征比较
Table 1 　Comparison of plant type traits between space treatment and control
株高
plant height (cm)
分枝数
branch number
主茎叶片数
leaf number
叶片 leaf
长 length(cm) 宽width(cm) 长×宽 length ×width(cm2)
HT0601 4618 ±13. 7 3 412 ±2. 2 6212 ±1413 413 ±017 3 019 ±012 411 ±114 3
CK1 5619 ±6. 3 515 ±3. 1 6616 ±2214 418 ±017 110 ±012 510 ±114
比对照增减 increase or reduce ( %) - 17. 8 - 23. 6 - 6. 6 - 10. 4 - 10. 0 - 18. 0
HT0602 5016 ±14. 8 3 219 ±2. 0 5913 + 14. 9 3 412 ±0. 8 3 110 ±0. 2 412 ±1. 6 3
CK2 7318 ±11. 1 217 ±2. 0 6813 ±13. 4 417 ±0. 8 111 ±0. 2 513 ±1. 9
比对照增减 increase or reduce ( %) - 31. 4 + 7. 4 - 13. 2 - 10. 6 - 9. 1 - 20. 8
HT0603 5618 ±12. 6 3 318 ±2. 1 3 5612 + 17. 5 3 412 ±0. 9 3 110 ±0. 3 415 ±2. 0 3
CK3 7113 ±10. 4 217 ±1. 5 7612 ±12. 7 510 ±0. 7 112 ±0. 3 519 ±2. 0
比对照增减 increase or reduce ( %) - 20. 3 + 40. 7 - 26. 2 - 16. 0 - 16. 7 - 23. 7
注 : 3 表示与对照相比在 0105 水平上差异显著。下表同。
Note : 3 Difference was Significant under 0105 level between space treatment and control . The same as following tables.
表 2 　黄芩航天搭载与地面对照生殖性状比较
Table 2 　Comparison of reproductive characteristics between space treatment and CK
果穗长度
inflorescence length (cm)
每穗花蕾数
number of flowers
花冠长度
coronary length (cm)
单株果穗数
inflorescence number per plant
HT0601 916 ±414 3 1619 ±518 3 217 ±018 615 ±419
CK1 1714 ±412 2513 ±515 218 ±016 712 ±410
比对照增减 increase or reduce ( %) - 4418 - 3315 - 316 - 917
HT0602 911 ±419 3 1716 ±615 218 ±019 219 ±219
CK2 1111 ±411 1910 ±612 219 ±015 317 ±313
比对照增减 increase or reduce ( %) - 2219 - 1012 - 314 - 2116
HT0603 914 ±316 1811 ±517 218 ±018 3 411 ±414
CK3 1012 ±315 1819 ±516 310 ±017 418 ±410
比对照增减 increase or reduce ( %) - 1611 - 816 - 617 - 1416
214 　过氧化物同工酶的比较
过氧化物酶 ( POD) 是植物体内普遍存在的、活性
较高的一种酶。它与呼吸作用、光合作用及生长素的
氧化等都有关系。在植物生长发育过程中它的活性不
断发生变化 ,测定这种酶或其同工酶的活性 ,可以反映
某一时期植物体内代谢的变化。参试材料各显 3～5
条带 (图 2) ,为方便分析 ,分为A、B 和 C 3 个带区 ,A 区
的相对迁移率为 0175 ,B 区的相对迁移率为 01388～
01594 ,C区的相对迁移率是 01144。
品种 1 在 A 区显示 1 条强宽带 ,B 区 3 种带 ,C 区
1 条弱宽带。品种 2 同样显示了 5 种带 ,但在 A 区为
弱宽带。品种 3 所显示的 5 条带 ,除 B 区 1 号带和 C
区带较强外 ,其他均与品种 1 相同。可见黄芩 3 个品
种叶片的 POD 同工酶在条带的位置和数量上是相同
的 ,所不同的只是条带的强弱。
航天搭载材料的谱带和对照相比表现出丰富的多
态性 ,品种 1 的 3 个 SP1 植株均出现了 B 区 3 号带的
缺失 ,10 号植株还出现 A 区带的缺失 ,同时也有区带
强弱上的变化 ,比如 11、12 号植株的 B 区 1 号带强于
对照 ,成为次强宽带。品种 2 的 3 个 SP1 植株酶谱也
出现 B 区 3 号带缺失 ,而 7 道谱带表现出各区带均衡
增强 ,这可能是航天引起损伤所致。品种 3 的 2 道和 3
道谱带与对照相比变化不大 ,只是局部带区强弱上存
在差异 ,而 4 道谱带比对照缺少了 A 和 C 两个主要带
091 核　农　学　报 22 卷
图 2 　航天搭载与地面对照黄岑叶片过氧化物同工酶谱比较
Fig. 2 　Comparison of peroxidase isozyme in leaves between spaceflight and CK
1 :CK3 2、3、4 :HQ0603 5 :CK2 6、7、8 : . HQ0602 9 :CK1 10、11、12 : . HQ0601
区 ,变异较大。
3 　结论与讨论
航天搭载黄芩种子 SP1 代研究结果表明 :除个别
性状外 ,航天搭载从总体上对地上部性状起抑制作用 ;
对扩大各性状的变异谱具有一定的作用 ;带来过氧化
物同工酶酶谱的变异 ,多态性增加。
本文着重分析了航天搭载对黄芩 SP1 群体成苗能
力、株型性状、生殖性状以及过氧化物同工酶差异性的
影响。还需利用分子生物学的技术手段进一步明确航
天搭载材料遗传物质的变异的真实性 ;此外还需要从
筛选有明显变异的个体入手 ,结合有效成分分析开展
突变性状遗传规律的研究。
参考文献 :
[ 1 ] 　中华人民共和国药典委员会. 中华人民共和国药典 (一部) . 北
京 :化学工业出版社 ,2005 :211
[ 2 ] 　祁太平. 黄芩苷治疗传染性肝炎疗效的观察. 新医药学杂志 ,
1973 , (8) :24
[ 3 ] 　叶丽南. 复方黄芩注射液对病毒性 ,化脓性 ,炎症性眼病的疗效
　　
　　　报告. 新医药学杂志 ,1973 , (3) :27
[ 4 ] 　吴　焕. 略谈中草药的疗效. 中草药通讯 ,1978 , (2) :4
[ 5 ] 　李　欣 ,黄璐琦 ,邵爱娟 ,等. 黄芩种质资源的研究概况. 世界科
学技术 - 中医药现代化 ,2003 ,5 (6) :54～58
[ 6 ] 　陈柏君 ,高山林 ,卞云云. 黄芩组织培养同源四倍体的诱导. 植
物资源与环境学报 ,2000 ,9 (1) :9～11
[ 7 ] 　Mei M T , Qiu Y, He Y, et al . Mutational effects of space flight on Zea
Mays seeds. Adv Space Res , 1994 , 14 (10) :33～39
[ 8 ] 　贾建航 ,王　斌. 空间诱变育种研究进展. 核农学报 ,1999 ,13 (3) :
187～192
[ 9 ] 　李培夫. 航天诱变育种技术在作物育种上的应用. 种子科技 ,2006
(1) :35～37
[10 ] 　王俊敏 ,魏力军 ,骆荣艇 ,等. 航天技术在水稻诱变育种的应用研
究. 核农学报 ,2004 ,18 (4) :252～256
[11 ] 　方金梁 ,邹定斌 ,周永胜 ,宁娇丽. 航天诱变选育高产蛋白质水稻
新品种. 核农学报 ,2004 ,18 (4) :280～283
[12 ] 　李能芳 ,张伦德 ,陈安全. 番茄种子经卫星搭载后的变异初探. 四
川农业大学学报 ,1997 ,15 (2) :229～232
[13 ] 　农业部全国农作物种子质量监督检验测试中心. 农作物种子检
验员考核学习读本. 北京 :中国工商出版社 ,2006 :154～188
[14 ] 　孙振元 ,韩　蕾 ,彭镇华. 空间诱变育种技术及其在园林植物种
质创新中的应用. 核农学报 ,2005 ,19 (6) :485～489
[15 ] 　李水凤 ,汪炳良 , 管学玉 ,张　艳. 卫星搭载处理对辣椒萌发过程
中抗氧化酶活性的影响. 核农学报 ,2006 ,20 (3) :205～207
191Journal of Nuclear Agricultural Sciences
2008 ,22 (2) :188～191