全 文 ：核 农 学 报 2011，25(2):0237 ～ 0241
Journal of Nuclear Agricultural Sciences
收稿日期:2010-07-06 接受日期:2010-10-08
基金项目:航天育种工程项目(2009HT2000)，农业部农业公益性行业科研专项(200803034)，黑龙江省自然基金重点项目(ZD200818-01)，黑龙
江省自然基金项目(C200943)，东北林业大学研究生创新基金项目
作者简介:郭亚华(1953-)，女，黑龙江哈尔滨人，研究员，研究方向为植物育种和生物技术。Tel:0451-82191755;E-mail:xielibo215@ sina. com
通讯作者:谢立波(1973-)，女，黑龙江哈尔滨人，副研究员，研究方向为空间育种。Tel:0451-82191755;E-mail:xielibo215@ sina. com
孟凡娟(1975-)，女，黑龙江兰西人，副教授，研究方向为植物分子生物技术。Tel:0451-82191755;E-mail:mfj19751@ 163. com
文章编号:1000-8551(2011)02-0237-05
空间诱变后甜椒叶片光合、色素和超微结构的变化
郭亚华1 谢立波1 孟凡娟2 刘录祥3 王 雪1 高永利1 周 宇1 庞洪影2
(1. 黑龙江省农业科学院园艺分院，黑龙江 哈尔滨 150069;2. 东北林业大学生命科学学院，黑龙江 哈尔滨 150040;
3. 中国农业科学院作物科学研究所 /国家农作物航天诱变技术改良中心，北京 100081)
摘 要:为探索空间条件对植物的诱变机理，以经空间诱变的甜椒(Capsicum frutescens Linn.)第 4 代植株
叶片为主要试验材料，研究其叶片光合指标、色素含量和叶片细胞叶绿体超微结构的变化特点。结果表
明:空间诱变后连续 4 代自交授粉获得的变异体 SP06 － 31植株叶片内，叶绿素 a、b，叶绿素 a 与 b 的比值
和总叶绿素以及类胡萝卜素的含量与对照 L06 － 30相比均有所下降，而且叶绿素 a 含量和总叶绿素含量与
对照 L06 － 30相比差异显著。L06 － 30和 SP06 － 31的光合速率及蒸腾速率、气孔导度的变化表现为“单峰型”;
胞间二氧化碳浓度的变化表现为“漏斗型”。同时，叶片细胞出现细胞破裂、叶绿体内淀粉粒数量增多、
细胞间隙增大、细胞基质以及叶绿体外渗及部分叶绿体基粒片层模糊等现象。
关键词:空间诱变;甜椒;光合;色素;超微结构
CHANGE OF PHOTOSYTHETIC，PIGMENT AND ULSTRUCTURE
OF SWEET PEPPER LEAVES AFTER SPACE INDUCTION
GUO Ya-Hua1 XIE Li-Bo1 MENG Fan-Juan2 LIU Lu-Xiang3
WANG Xue1 GAO Yong-Li1 ZHOU Yu1 PANG Hong-ying2
(1. Horticultural Sub-Academy，Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences，Harbin，Heilongjiang 150069;
2. College of Life Science，Northeast Forestry University，Harbin，Heilongjiang 150040;
3. National Center of Space Mutagenesis for Crop Improvement，Institute of Crop Science，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Beijing 100081)
Abstract:The M4 sweet pepper after space induction was used to study the mechanism of space mutagenesis. The
changes in photosynthetic indexes，pigment content and ultrastructure of chloroplast in sweet pepper were studied. The
results indicated that the contents of leaf chlorophyll a，b，the ratio of a and b，total chlorophyll and carotenoid content
decreased in SP06 － 31，a mutant compared to those of the control L06 － 30，The contents of chlorophyll a and total chlorophyll
were significantly difference from those of control. The change of photosyn the tic rate of both L06 － 30 and SP06 － 31 showed
a one-peak pattern，and the change of transpiration rate showed one-peak pattern，too. The change of intercellular CO2
concentration showed a funnel-like trend and that of stomatal conductance was followed by a one-peak trend. The
mesophyll cells were broken，the number of starch grains in chloroplast was ncreased，intercellular space was enlarged，
and parts of chloroplast grana lamella were ambiguity in the mutant.
Key words:space induction;Capsicum frutescens Linn.;photosythetic;pigment;ultrastructure
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我国利用航天育种技术已培育出一系列高产、优
质、多抗的作物新品种［1］。甜椒作为重要的蔬菜作
物，深受人们喜爱，利用空间诱变技术已经培育出一系
列优质高产的甜椒品系［2，3］。但从目前研究结果看，
对空间诱变的甜椒品种主要从产量、品质以及突变性
状鉴定等方面进行研究，从机理角度的研究较少，空间
环境对甜椒的影响机理尚不明确。叶片是植物的主要
营养器官，在植物生长发育过程中起着重要作用。本
研究以甜椒叶片为研究材料，对空间诱变种子第 4 代
植株的叶片光合特性进行测定，同时对色素含量和叶
绿体结构进行分析，以了解空间环境条件对植物叶片
光合作用、色素含量及叶绿体超微结构的影响，从而为
探讨空间环境对植物的诱变机理提供理论基础。
1 材料与方法
1. 1 材料
试验所用甜椒材料由黑龙江省农业科学院园艺分
院生物技术室提供。采用自交系 L06 － 30的种子作为诱
变材料，由 2002 年第 18 颗返地卫星进行空间搭载，飞
行 18d，高度 200 ～ 350km。返回地面后田间种植采用
随机排列，垄作长 5m，宽 0. 7m，每小区面积 14m2，3 次
重复，行、株距为 0. 7 和 0. 3cm，经过 4 代选择获得基
因型纯合的甜椒变异体 SP06 － 31，以未经空间诱变处理
的地面材料 L06 － 30作为对照。
1. 2 方法
1. 2. 1 形态和产量测定 在甜椒果实成熟期，SP06 －
31 和 SP06 － 30 分别随机选择 30 株测定其果实形状、
植株形态(叶形和株高)及产量。对照和变异体分别
随机选取 20 个果实对单果重进行测定，并对单位面积
产量进行连续采收测定。
1. 2. 2 光合测定 光合测定采用美国 LI-COR 公司
生产的 LI-6400 型便携式光合作用测定仪。苗定植
80d 后，在晴朗天气选取生长一致的 10 株植株，选用
离地面大致相同高度的中部功能叶片进行光合指标测
定，测定时间为 7∶ 00 ～ 17 ∶ 00，每隔 2h 测定 1 次，测
定指标包括光合速率、气孔导度、胞间 CO2 浓度、蒸腾
速率，CO2 流量为 500mol·s
－ 1。
1. 2. 3 色素含量测定 在测定光合指标的同时，随机
选取 10 株，采用高度大致相同的中部功能叶片进行色
素含量的混合测定，3 次重复。叶绿素和类胡萝卜素
的测定均采用丙酮法提取，分别测定在 663、646 和
470nm 处的光密度值，依据公式:Ca = (12. 21D663 －
2. 81D646)/(V /1000W)，Cb = (20. 13D646 － 5. 03D663)/
(V /1000W )，Ct = (17. 32D646 + 7. 18D663 )/(V /
1000W)，Cx. c =(1000D470 － 3. 27Ca － 104Cb)/ 229 计
算色素含量。其中，Ca 为叶绿素 a 含量，Cb 为叶绿素
b 含量，Ct 为总叶绿素含量，Cx. c 为类胡萝卜素含量，
V 为浸提液的体积，W 为叶片鲜重，D470、D646和 D663分
别为波长 470、646 和 663nm 处的吸光度［4］。
1. 2. 4 电镜制片及观察 在测定光合指标的同时，取
中部功能叶片，注意避开叶脉，切成长 1 ～ 1. 5cm、宽约
0. 5cm 左右的小块，迅速放入浓度 2. 5% 和 pH6. 8 的
戊二醛固定液中，同时抽真空使材料沉入固定液，在
4℃下固定 2h 后用 0. 1mol /L 磷酸缓冲液(pH = 6. 8)
冲洗 2 次，每次间隔时间为 2h(4℃条件下进行)，随后
采用浓度为 50%、70%、95%、100% 的乙醇进行依次
脱水，脱水后转移至 100%的丙酮内，最后用 Epon812
包埋剂浸透包埋。利用 ULTRACUTE 型超薄切片机将
包埋块切成 50 ～ 70nm 的薄片，醋酸双氧铀 － 柠檬酸
铅双重染色，JEM － 1200EX 透射电镜下观察、照相。
1. 3 统计方法
利用 EXCEL 进行基础数据输入，采用 SPSS 12. 0
分析软件进行其他相关分析，采用邓肯氏多重比较法
进行显著性分析(P < 0. 05)，图表数据均为 3 次重复
的平均值。
2 结果与分析
2. 1 植株形态和产量测定
4 代自交的变异体 SP06 － 31和对照 L06 － 30的植物学
特点见表 1。
从表 1 可知，变异株系 SP06 － 31植株变矮，比对照降
低 11. 6cm;单株坐果数比对照高 34. 2%，显著高于对
照;hm2 产量 49320. 73kg，比对照高 1680. 73kg;叶形
由卵圆变为大卵圆形。其他性状与对照无差异。
2. 2 光合参数变化
如图 1 所示，从 7:00 至 17:00 之间，对照 L06 － 30和
SP06 － 31的光合速率均呈先上升后下降趋势，表现为“单
峰型”的变化趋势(图 1 － A)。从胞间二氧化碳浓度
的变化来看，呈先下降后上升的趋势，表现为“漏斗
型”的变化趋势(图 1 － B)。蒸腾速率的变化呈“单峰
型”的变化趋势(图 1 － C)。气孔导度的变化呈先上
先上升后下降的趋势，即表现为“单峰型”的变化趋势
(图 1 － D)。
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2 期 空间诱变后甜椒叶片光合、色素和超微结构的变化
表 1 SP06 － 31与 L06 － 30的植物学性状及果实产量
Table 1 Plant botanical traits and yield for SP06 － 31 and L06 － 30
材料
material
株高
plant height(cm)
单果重
weight of
single fruit (g)
单株坐果数
number of
fruits per plant
(个)
果实形状、颜色
shape and color
of fruit
产量
yield (kg / hm2)
叶形
leaf shape
花形
flower shape
L06 － 30 83. 2 ± 2. 1a 120. 6 ± 1. 9a 7. 6 ± 1. 2a
果型猪嘴，果色深绿
Snout fruit shape，deep
green fruit color
47640. 00 ± 128. 3 a 卵圆
oval
无变化
no changes
SP06 － 31 71. 6 ± 2. 9b 120. 0 ± 2. 8a 10. 2 ± 1. 0b
果型猪嘴，果色深绿
Snout fruit shape，deep
green fruit color
49320. 73 ± 104. 8a 大卵圆
big oval
无变化
no change
注:表中所示数值为 3 次重复的平均值 ±标准差;同列不同字母表示材料间差异达 0. 05 显著水平，下同。
Note:Data in the table were mean ± standards;the different letters in same columu indicate significant differences at P = 0. 05，same as the following table.
图 1 SP06 － 31与 L06 － 30光合速率(A)、蒸腾速率(B)、胞间二氧化碳浓度(C)和气孔导度(D)的日变化
Fig. 1 Day changes of photosynthetic rate(A)，intercellular CO2 concentration(B)，
transpiration rate(C)，and stomatal conductance(D)
2. 3 色素含量变化
从表 2 可以看出，SP06 － 31植株叶片内叶绿素 a、b
及 a 与 b 的比值和总叶绿素、类胡萝卜素的含量与对
照 L06 － 30相比均有所下降，而且叶绿素 a 含量和总叶绿
素含量与对照差异显著，但是叶绿素 b、类胡萝卜素含
量与对照的差异不显著。
2. 4 叶绿体超微结构变化
由图 2 可以看出，对照 L06 － 30的叶片细胞结构完
整，排列紧密，分布均匀，叶绿体内含有一定量的淀粉
粒，基粒片层平行排列，清晰，整齐(图 2 － a、2 － b、2 －
c)。SP06 － 31植株叶片的部分细胞出现破裂，叶绿体及
其他细胞基质大量外渗，细胞间隙与对照相比明显增
大，而且叶绿体内部淀粉粒数量明显增多，部分叶绿体
结构遭到破化，出现变形或破碎现象，大部分叶绿体未
出现异常，保持完整的形态结构，只是部分基粒片层出
现模糊(图 2 － d、2 － e、2 － f)。
3 讨论
太空具有重粒子、多种宇宙射线、微重力、高真空、
高洁净等复杂的环境条件，从而给作物育种带来了很
多不确定因素［5 ～ 11］。我国利用空间诱变进行作物育
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表 2 SP06 － 31与 L06 － 30的叶绿素和类胡萝卜素含量对比
Table 2 Comparison of chlorophyll and carotene content between SP06 － 31 and L06 － 30
材料
material
叶绿素 chlorophyll(mg·g － 1 FW)
a b
总含量
total content
叶绿素 a / b
chlorophyll a / b
类胡萝卜素
carotene(mg / g － 1 FW)
L06 － 30 8. 924 ± 0. 02a 2. 186 ± 0. 02a 11. 110 ± 0. 04a 4. 082 ± 0. 04a 1. 888 ± 0. 02a
SP06 － 31 7. 997 ± 0. 01b 2. 151 ± 0. 04a 10. 148 ± 0. 05b 3. 718 ± 0. 01a 1. 713 ± 0. 02a
图 2 未经空间诱变和经空间诱变甜椒叶片叶绿体的超微结构
Fig. 2 Ultrastructure of chloroplasts in sweet pepper after space
induction and the control
a:未经空间诱变的叶片细胞叶绿体形态(8200 ×);b:未经空间诱变的叶片细胞排列(1700 × );c:未经空间诱变的叶
片细胞叶绿体基粒(20500 × );d:经空间诱变的叶片细胞叶绿体形态(8200 × );e:经空间诱变的叶片细胞排列
(1700 ×);f:经空间诱变的叶片细胞叶绿体基粒(20500 ×)
a:Form of chloroplast on leaf cell of no space induction (8200 ×);b:Arrangement of leaf cell of the control(1700 × );c:
Chloroplast grana on leaf cell of the control(20500 × );d:Form of chloroplast on leaf cell of mutant(8200 × );e:
Arrangement of leaf cell of mutant(1700 ×);f:Chloroplast grana on leaf cell of mutant(20500 ×)
种具有较长的历史，但从机理的角度去研究太空环境
条件对作物的影响较少，尤其是针对蔬菜作物进行的
研究更少。本研究以空间诱变甜椒种子后代的叶片为
主要研究对象，对其光合特性、色素含量及叶绿体超微
结构进行了初步研究，发现经空间诱变后甜椒后代叶
片光合能力和色素含量呈下降趋势，而且部分色素指
标下降显著。同时对叶片叶绿体超微结构进行观察，
发现空间诱变后植株的叶片叶绿体超微结构以及细胞
排列均有明显变化，表现为基质外渗、细胞变形、叶绿
体结构破坏、淀粉粒数量增多，所以空间诱变对甜椒叶
片细胞结构的影响较为明显。经过空间诱变后的草地
早熟禾以及红豆草的研究中也发生类似现象，这进一
步说明空间环境条件可以对植物叶片细胞叶绿体结构
产生一定影响［12，13］。光合作用是植物生长和产量形
成的基础，叶绿体结构与光合作用密切相关，叶绿体又
是光合作用的主要部位，光合作用的实现依赖于叶绿
素对光能的吸收，环境直接影响到叶绿素的合成，因此
研究不同环境条件下叶绿体与光合指标变化关系具有
十分重要的意义。有研究者指出，叶绿素含量与光合
之间一般呈正相关，而且叶绿体基粒数和基粒片层数
越多，基粒片层排列越致密，光合能力越强［14，15］。太
空特殊的环境条件导致了辣椒后代植株叶绿体超微结
构的改变，光合机构遭到破坏，影响植株的光合作用。
由此可见，辣椒叶片叶绿体超微结构的变化是造成叶
片光合作用降低的一个重要因素。但同时本研究也发
现 SP06 － 31也保持了较高的气孔导度和胞间二氧化碳
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浓度，这可能是其光合速率没有下降的直接原因。综
合以上研究结果，可以认为经空间诱变后甜椒后代植
株有了明显改变，使得植株光合能力以及叶片色素含
量下降，同时也改变了叶片细胞的超微结构，尽管以上
变化并未表明植株叶片性状得以改良，但并未影响产
量，这可能是由于诱变后植株形态发生了改变。但从
植株的变化上仍可认为利用空间环境条件进行植物育
种具有较大潜力。
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