全 文 ：文章编号 :100028551 (2002) 0120002206
零磁空间诱变小麦的生物效应研究 3
刘录祥1 　王　晶1 　金海强2 　张义丰3
赵林姝1 　郑企成1 　陈文华1 　赵世荣1
(11 中国农业科学院原子能利用研究所 ,北京　100094 ;1 中国地震局地球物理研究所 ,北京　100081 ;
31 中国科学院地理科学与资源研究所 ,北京　100101)
摘要 :研究了零磁空间处理小麦风干种子以及在小麦花药培养过程中附加零磁空间
处理的生物遗传学效应。结果表明 ,小麦种子在零磁空间处理 180d 以上会明显抑制
种子萌发和幼苗生长 ,表现出与传统γ射线处理完全不同的生物效应 ;在小麦花药愈
伤组织诱导过程中附加一定周期的零磁空间处理 ,对小麦雄核发育和最终形成愈伤
细胞团有一定的刺激作用 ,有助于促进高质量愈伤组织及其绿苗的获得率。零磁空
间处理丰富了小麦花培后代的变异类型 ,提高了小麦花培育种选择的效率。
关键词 :零磁空间 ;生物效应 ;小麦 ;种子 ;花药培养
收稿日期 :2001206206
基金项目 :国家自然科学基金 (批准号 39870192)资助项目
作者简介 :刘录祥 (1965～) ,男 ,陕西凤翔人 ,中国农业科学院原子能利用研究所副研究员 ,从事小麦诱发突变与生物技
术育种研究
空间环境的显著特征是辐射强烈、微重力、弱地磁、高真空和超洁净等。实验证明 ,空间综
合环境因素对植物种子的生理和遗传性状具有强烈的影响 ,因而在过去的几十年里一直受到
国内外研究者的广泛关注[1 ] 。自 1987 年以来 ,我国科学工作者利用返回式卫星搭载农作物种
子 ,进行农作物空间环境诱变育种研究 ,取得了一些很有价值的研究资料和成果。空间诱变已
成为一种有效的农作物改良新途径[2 ] 。但是 ,空间科学实验投资大 ,技术要求高 ,实验机会十
分有限。因此 ,探索地面模拟空间环境因素的研究工作 ,对于空间诱变机理的揭示和育种应用
意义重大。
弱地磁是空间环境重要因素之一。前苏联在屏蔽地磁场的零磁空间生物效应研究方面已
有相关专著[3 ] 。我国在人工磁场 (同时存在地磁场)处理农作物种子的生物效应研究方面已有
大量文献积累[4 ,5 ] ,但尚未开展过零磁空间对农作物的生物效应研究。至今国外零磁空间生物
学效应的研究基本上停留在对生物体当代生物效应的生理分析上 ,零磁空间对农作物世代遗
传特性的影响尚未报道 ,并缺乏对零磁空间诱发农作物遗传变异可能性与可行性的探索研究。
1989 年 ,我国第一个零磁空间实验室 (全球共 6 个) 在中国地震局地球物理研究所建立 ,
为开创该领域的研究提供了基本条件[6 ] 。本研究首次报道了零磁空间处理小麦种子和小麦离
2 　核 农 学 报　2002 ,16 (1) :2～7Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
体培养物的效应 ,为评价空间环境生物效应要素中零磁的重要性和探索地面模拟空间环境诱
变育种新途径提供实验依据。
1 　材料和方法
111 　供试材料
小麦 Triticum aestivum L. 品种 Y1225 Y1221 R344 和京花 1 号 (J H1) 。
112 　试验方法
Y1225、Y1221 和 R344 各 200 粒风干种子 ,在室温零磁空间 (MF) 处理 216d 后 ,与未经处理
的对照同时在 21 ℃恒温条件下做室内发芽试验 ,每处理 100 粒 ,两次重复。调查统计萌发势、
发芽率及 10d 后的苗高和根长。
取京花 1 号小麦单核中晚期的幼穗 ,在 4 ℃下预处理 24h ,用 011 %升汞表面消毒 ,无菌条
件下将花药接种在附加 2mgΠL2 ,42D 和 015mgΠL 的 C17培养基上 ,分别设室温零磁空间 (MF) 、室
温本底对照 (CK0 )和 28 ℃正常培养 (CK) 3 种处理 ,经暗室培养 40d 后转分化 ,分化培养基为 MS
附加 1mgΠL KT和 1mgΠLNAA。3 种处理的分化培养均置于 24～26 ℃培养室中 ,每天光照 12h。
H1 代花粉植株移栽大田 ,采用顺序排列 ,并同时种植实生苗。H1 代单株收获 ,单穗脱粒。
H2 代按穗行种植 ,1 次重复 ,行长 2m ,行距 30cm ,株距 5cm。田间调查记载主要农艺性状 ,收获
后室内考种 ,按超出实生苗 m ±2Sd 统计农艺性状变异频率。
零磁空间为采用双层磁屏蔽结构和线圈补偿方式相结合的大型 26 面体磁屏蔽装置 ,其直
径为 213m ,磁强 ≤20nT ,为地球磁强度的 4 ×10 - 4 。
2 　结果与讨论
211 　零磁空间处理对种子萌发与幼苗生长的影响
小麦品种的干种子经零磁空间处理 180d 以下时 ,种子萌发与幼苗生长不会受到明显影
响。表 1 列出了 3 个小麦品种经零磁空间处理 216d 后的发芽试验结果。可以看出 ,不同小麦
品种的处理组 (MF)与相应对照组 (CK) 比较 ,3d 后的萌发势和 7d 后的发芽率表现极显著差
异 ,萌发势的损伤效应均在 90 %以上 ,说明零磁空间处理种子明显抑制种子萌发。
表 1 　零磁空间处理对小麦种子萌发与幼苗生长的影响
Tabel 1 　Effects of magnetic field2free space on seed germination and seedling growth in wheat
品种
variety
处理
treatment
发芽势
germination potential ( %)
发芽率
germination rate ( %)
苗高 seedling
height (cm)
根长 root
length (cm)
Y1225 MF 9 33 70 33 5101 ±0192 33 8106 ±1154 33
CK 93 95 11184 ±0194 10145 ±1146
Y1221 MF 7 33 47 33 3107 ±0146 33 5122 ±1126 33
CK 91 92 11168 ±0196 9144 ±1121
R344 MF 7 33 67 33 5107 ±1175 33 5150 ±1176 33
CK 92 94 14130 ±0188 11145 ±1105
　　33 在 0101 水平上有显著差异。33 Significant at 0101 level .
3　1 期 零磁空间诱变小麦的生物效应研究
零磁空间处理明显抑制小麦幼苗的苗高和根长。216d 零磁处理的小麦苗高致矮损伤效
应均在 50 %以上。零磁空间处理的小麦幼苗的形态特征突出的表现为真叶变短、宽、厚 ,叶尖
钝园 , 叶色浓绿 (图版 Ⅰ21) ,这与传统的γ射线处理显著不同。说明零磁空间对小麦种子具
有明显的致变作用 ,且有可能成为一种不同于γ射线的新的物理诱变剂应用于小麦品种改良。
图版 Ⅰ　零磁空间处理小麦种子和花药组织的育种效果
Plate 1 　Effects of magnetic field2free space treatment on seed and anther culture in wheat
11 零磁空间处理 (右)与对照 (左)小麦 Y1225 品种干种子的幼苗生长差异 ;21 零磁空间处理 (右) 与室温本底对照 (中) 和
正常培养 (左)的京花 1 号小麦花药愈伤组织绿苗分化 ;31 零磁空间处理的 H2 代穗型 (右 1 - 3)与京花 1 号小麦实生苗穗
型 (左 1) ;41 零磁处理获得的 MF035321 矮杆突变株系 (右)与京花 1 号小麦实生苗 (左)株型
11Seedling growth difference of wheat Y1225 from MF treated seed(right) and the control ; 21Green plant differentiation in anther culture
of wheat JH1 in MF treatment (right) , background control (middle) and normal culture (left) conditions ;31Spike types in H2 of MF treat2
ment (right 123) and the control of seeded plant of JH1 (left) ; 41Dwarf mutant line MF035321 (right) and the control of seeded plant of JH1
(left)
212 　零磁空间处理的小麦花药愈伤组织诱导和分化
表 2 的试验结果表明 ,不同的外界环境因素对小麦花药愈伤组织的诱导和分化有不同的
影响。在愈伤组织诱导率上 ,室温零磁空间处理 (619 %)虽然不及正常培养对照 (810 %) ,但明
4 核　农　学　报 16 卷
显高于室温本底对照 (410 %) ,表明零磁空间处理对小麦雄核发育和最终形成愈伤细胞团有一
定的抑制作用。在愈伤组织绿苗分化方面 ,零磁空间处理 ( 1718 %) 显著高于本底对照
(1112 %)和正常培养对照 (1213 %) ;而白化苗产生频率 ,零磁空间处理 (718 %) 则显著低于本
底对照 (1410 %)和正常培养对照 (2111 %) ,说明零磁空间处理有助于促进高质量愈伤组织及
其绿苗的获得率 (图版 Ⅰ22) 。
表 2 　零磁空间处理对京花 1 号小麦花药愈伤组织诱导和绿苗分化的效应
Tabel 2 　Effects of magnetic field2free space on the anther callus induction and
green plant differentiation in anther culture of wheat variety J H1
处理
treatment
　
　
接种花药数
anthers
inoculated
　
出愈数
No1of calli
　
　
出愈率
frequency of
callus
induction ( %)
绿苗数
No1of green
plant
　
绿苗率
frequency of
green plant
differentiation ( %)
白苗数
No1of
albinotic
plant
白苗率
frequency of
albinotic plant
( %)
1998 MF 4400 258 519 69 2710 2 2
CK0 2200 72 313 6 813 2 2
CK 2300 149 615 26 1810 2 2
1999 MF 4600 361 719 31 816 28 718
CK0 2000 93 417 12 1410 13 1410
CK 2100 199 915 13 615 42 2111
平均 MF 4500 310 619 50 1718 2 2
mean
CK0 2100 83 410 9 1112 2 2
CK 2200 174 810 19 1213 2 2
213 　零磁空间处理的小麦花培 H1 代农艺性状表现
表 3 为 H1 代花粉植株 4 个农艺性状的调查结果。零磁空间处理植株在株高、有效穗数、
穗长和小穗数上的表型变异系数均高于京花 1 号实生苗及其正常培养花粉植株和本底对照花
粉植株 ,在零磁空间处理 H1 代出现了较高频率的矮秆和多穗变异。说明在小麦花药培养中附
加零磁空间处理 ,不仅有助于愈伤组织的诱导和分化 ,而且还可能诱发某些农艺性状的变异。
表 3 　零磁空间处理对京花 1 号小麦花培 H1 代农艺性状的影响
Tabel 3 　Effects of magnetic field2free space on the performance of some agronomic characters in H1
generation of anther cultured wheat variety J H1
处理
treatment
　
株高
plant height (cm)
有效穗数
No. of spikesΠplant 穗长spike length 小穗数No. of spikeletsΠspike
M±S CV % M±S CV % M±S CV % M±S CV %
MF 8215 ±1115 1410 817 ±614 7314 719 ±110 1212 2116 ±210 913
CK0 8615 ±510 517 915 ±017 714 715 ±017 914 2310 ±218 1213
CK 8413 ±419 519 315 ±113 3619 715 ±014 516 2310 ±114 612
JH1 实生苗 8816 ±319 414 714 ±311 4114 813 ±013 311 1911 ±019 417
seeded plants
5　1 期 零磁空间诱变小麦的生物效应研究
214 　零磁空间处理的小麦花培 H2 代农艺性状的变异
表 4 列出了零磁空间处理的小麦花培 H2 代 4 个农艺性状基于京花 1 号实生苗的变异频
率。试验结果表明 ,与京花 1 号实生苗群体相比 ,零磁空间、室温本底对照以及正常培养 3 种
花培处理方法获得的 H2 代在所考察的 4 个农艺性状上都发生一定频率的突变 ,且在总突变率
上 ,零磁空间处理 (318 %)显著高于室温本底对照 (112 %) 以及正常培养 (018 %) 。零磁空间处
理的有益突变中主要表现为矮秆、大穗多粒等突变 (表 4 ,图版 Ⅰ23 ,4) 。例如 ,零磁处理获得的
MF035321 突变株系 ,平均株高为 78cm ,比京花 1 号小麦矮 12cm ,穗粒数由 35 粒提高到 43 粒。
除了成熟期比京花 1 号小麦晚 3～4d 外 ,MF035321 突变系的综合农艺性状表现明显优于京花
1 号小麦。由于 H2 突变来源于 H1 加倍单倍体植株后代 ,因此 H2 代获选的突变系理论上其遗
传背景已趋于纯合 ,H3 代可直接用于株系鉴定 ,这可比传统的辐射诱变育种程序缩短 1 - 2
年。
表 4 　零磁空间处理的京花 1 号小麦花培 H2 代农艺性状的变异频率
Tabel 4 　Mutation frequency of some agronomic characters in H2 generation of anther cultured
wheat variety J H1 treated by magnetic field2free space
处理
treatment
　
　
调查株数
No1of plant
observed
　
株高
plant height (cm)
有效穗数
No. of spikesΠplant 穗粒数No. of grainsΠspike 单株产量grain yieldΠplant (g)
高
high
矮
short
多
many
少
few
多
many
少
few
高
high
低
low
总突变率
total
mutation
frequency( %)
MF 1040 012 116 012 011 016 012 016 013 318
CK0 526 011 013 011 0 0 015 012 0 112
CK 650 0 013 012 0 0 011 012 0 018
本试验结果初步显示了零磁空间处理应用于小麦花药培养 ,不但有助于促进高质量愈伤
组织及其绿苗的获得率 ,还有可能增加花培后代变异类型 ,为育种选择提供丰富遗传基础。由
于本研究仅选择了 1 个本身诱导频率较高的京花 1 号小麦品种作试验材料 ,实验结果有待进
一步在不同基因型品种、不同零磁空间处理方法 (处理材料、周期、温度等) 、诱导变异的鉴定等
方面验证分析 ,以正确评价零磁空间处理对小麦花培育种的作用。
参考文献 :
[1 ] 　刘录祥 ,郑企成. 空间诱变与作物改良. 北京 :原子能出版社 ,1997
[2 ] 　Liu Luxiang , et al . Crop germplasm enhancement through aerospace mutation technique , In :Proceedings of International Conference on
Engineering and Technological Sciences 2000 ( Eds by Song Jian and Wang Maohua) ,P356～357 ,New Wold Press ,2000
[3 ] 　曾治权 ,苏先樱 ,等译. 地磁场和生命. 北京 :地质出版社. 1985
[4 ] 　李国栋. 生物磁学及其应用. 北京 :科学出版社. 1983
[5 ] 　毛伟海. 磁场对小麦的生物效应及其应用研究进展. 麦类作物 ,1997 ,1 :51～53
[6 ] 　周勋 ,金海强 ,等. 零磁空间及其在弱磁测量中的应用. 地球与空间科学观测技术进展 (陈运泰主编) . 北京 :地震出版
社. 1995 ,369～375
6 核　农　学　报 16 卷
BIOLOGICAL EFFECTS OF MAGNETIC FIELD2FREE SPACE ON WHEAT
LIU Lu2xiang1 　WANGJing1 　J IN Hai2qiang2 　ZHANG Yi2feng3
ZHAO Lin2shu1 　ZHENG Qi2cheng1 　CHEN Wen2hua1 　ZHAO Shi2rong1
(11 Institute for Application of Atomic Energy , Chinese Academy of Agricultural Sciences , Beijing 　100094 ;
21 Institute of Geophysics , China State Seismological Bureau , Beijing 　100081 ;
31 Institute of Geography Science and Natural Resources Research , CAS , Beijing 　100101)
ABSTRACT :The biological and genetic effects of magnetic f ield2free space treatment on air2dried
seeds and anther culture of wheat were studied. The results showed that the seed germination and
seedling growth were obviously inhibited by over 180 days of magnetic f ield2free space treatment
on wheat seeds and totally different biological effects from traditionalγ2ray treatment were ob2
served. The magnetic f ield2free space treatment in the process of anther callus induction of wheat
could stimulate the development of male gamete and final formation of calli , resulting in produc2
ing high quality anther calli and high percentage of green plants. The magnetic f ield2free space
treatment increased the mutant types of doubled haploid population and could be used to upgrade
the selection eff iciency in wheat haploid breeding.
Key words :magnetic field2free space ; bioeffect ; wheat ; seed ; anther culture
会议简讯
第 10 次农口华东地区辐照加工协作会于 2001 年 11 月 19 日至 21 日在上海农科院召开。
来自农口华东 6 省 1 市的 21 位代表参加了会议。
会上 ,代表们分别介绍了本单位在钴室管理、辐照开发等方面的经验 ,并结合单位的改革
实践提出了辐照室的体制改革、软硬件的改造以及人员培训等新设想。同时对行业间的协作
和竞争 ,对不同产品的辐照价格等问题提出了有益的建议。
通过交流 ,代表们一致认为 ,随着我国加入 WTO ,辐照加工事业会越来越兴旺 ,为了共同
维护华东地区辐照市场的繁荣与稳定 ,大家必须相互协作 ,互通信息 ,相互交流经验 ,把华东地
区辐照加工业做得更好。经会议讨论决定 ,2002 年第 11 次农口华东地区辐照加工协作会由福
建省农科院稻麦所承办。
(上海市农科院 　戚文元)
2 0 0 1 年 1 1 月 2 1 日
7Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (1) :2～7