全 文 ：植　　　物　　　研　　　究
BULLETIN OF BOTANICAL RESEARCH
第 17 卷　第 2 期 1997 年　4 月
Vol.17　No.2 April , 　1997
空间环境对青椒和番茄遗传诱变研究
孙野青1　李玉芬1　陈　岩1　郭亚华2　邓立平2
(1.哈尔滨工业大学理学院 ,生命科学与工程系　哈尔滨　150060)
(2.黑龙江省农业科学院园艺研究所 , 哈尔滨　150060)
摘　要　分析了经卫星搭载青椒和番茄种子而选育的后代遗传 YO 异情况 ,并对其后
代产量及生理生化 、细胞学特性进行跟踪测定。结果显示:空间环境对种子具有变异
效应 。很可能为改良蔬菜品种 ,创造蔬菜新品系开辟了一条新途径。
关键词　空间环境;航天育种;蔬菜;遗传变异
STUDIES ON INHERITANCE AND VARIATION OF
PEPPER AND TOMATO OF SPACEFLIGHT BREEDING
Sun Yie-qing1　Li Yu-fen1　Chen yan1　Guo Ya-hua2　Deng Li-ping2
(1.Depar tment of Life Science and Engineering Harbin Institute o f Technology , Harbin 150060)
(2.Horticultural I nstitute of Heilongjiang Ag riculture Academy , Harbin 150060)
Abstract　In order to probe the inf luence on inheritance and variation of crops in space
flight , this paper analy zed the conditions of the later generations of pepper and tomato by
sateli te board and repeat board , determined the plant g row ing , output of vegetable ,
phy siological , biochemical and cytological characteristic.
The results show ed:Space environment made vegetable seeds produced variation.
Space flight will be a new w ay to improve vegetable pomising lines.
Key words　Space;Flight breed;Vegetable;Inheritance and variation
引　　言
自 1987年以来 ,我国利用发射的返地卫星 ,先后搭载了水稻 、小麦 、谷子 、大麦 、青椒 、番茄
1996年 12月收稿。
等植物种子 ,进行航天农作物育种 ,已取得探索性研究成果〔1 , 2 , 6 , 7〕。专家们预言〔3 ,4 ,5〕 ,利用空
间环境下微重力和强宇宙射线作用 ,开展农作物诱发遗传突变和育种 ,选育新品系 ,对提高农
业生产有重要理论和实践意义 。航天与育种结合 ,将为选育稳产高产优质农作物新品种开辟
一条高新技术途径。我们对 87年经卫星搭载选育的青椒新品系(卫星 87 —2)SP1—SP9 代进
行调查研究 ,并且将卫星 87 —2青椒于 94年进行重复搭载 , 94 年卫星搭载番茄 ,对其后代的
园艺性状 、产量 、成熟期 、生理生化和细胞学特性进行对比分析 ,对空间环境诱变选育的青椒和
番茄优异品系进行跟踪测定 ,试图为航天育种提供理论依据 。
1.材料和方法
1.1　供试材料:87年搭载选育的青椒卫星 87 —2—SP9;将青椒卫星 87—2于 94年进行
重复搭载选育的青椒卫星 94—SP2;94年卫星搭载选育的番茄卫星 94 —SP2。
所有的供试材料均与未飞行的地面对照组进行比较。
1.2　处理方法:87年卫星搭载:样品于 1987年 7月 15日装入返回式卫星星体内 。卫星
内温度为 27—35℃,8月 5日 15时 40分发射 , 8月10日 13时收回 。种子在空间飞行 5天 ,在
密封条件下放 52天 。
94年卫星搭载:(条件保留),对 87年搭载选育的青椒重复搭载 ,对番茄初次搭载。
对上述两种处理选育的植物后代青椒卫星 87 —2—SP9和青椒卫星 94—SP2 、番茄卫星
94—SP2进行各种观察 ,同工酶分析 ,维生素 C和可溶性糖含量测定 ,叶片叶绿素含量测定及
叶片超微结构观察 ,植株长势及产量调查。同时进行逐年观察及筛选 。
2.结果与分析
2.1　空间条件对青椒 ,番茄植物学性状和产量的影响
通过田间植株长势及植物学特性累积调查结果看 ,经卫星 87年处理的青椒 ,直至第九代
植株高及长势上仍保持其优势 ,株高高于地面对照 CK 。青椒植株的株辐均大于 CK。从叶面
积及单果重调查 ,空间处理的明显高于对照〔1〕 ,对增产趋势调查 ,结果显示产量上仍保持显著
的增产效果 。1996年对卫星 87—2 —SP9小区调查 ,其产量比对照增产 30.11%,并且果大喜
人 ,单果重比对照增大 2倍左右。空间条件下选育的卫星 87—2青椒不仅产量高 ,而且有明显
抗病性 ,能够抵制自然环境灾害。当对照已是枯枝落叶时 ,选育的卫星 87—2青椒品系依然郁
郁葱葱 ,枝叶繁茂 ,因此直至 96年 SP9代仍保持了连年高产稳产。
对 94年卫星重复搭载青椒SP1 、SP2代田间观察 ,外形宏观上看没什么变异 ,从产量分析
上看 , 96年测得 SP2总产量与对照 CK(87年第一次搭载选育的卫星 87—2青椒)变化不大 ,
提高 0.2%(与未进行处理比仍然增产 30%以上),但前期产量增产显著 ,增产达 50%。成熟
期比对照(卫星 87 —2青椒新品系)提前近 11天 。从前期产量高 、成熟期提前 10天左右特性
分析 ,经济效益相当可观 ,提高一倍 。
94年卫星搭载番茄SP1中选出的高产株系 ,96年SP2代测得总产量比地面对照提高 19.
95%,但截止到 8月 5 日前测得前期产量增产 245.86%,极其显著。前期产量高 ,成熟期提
前 ,预示经济效益极大提高。
2.2　空间条件处理青椒和番茄果实营养变异
1996年取卫星 87—2(SP9代),卫星 94 —SP2代青椒和卫星 94—SP2代番茄及对照材料
1852 期　　　　　　　　　　孙野青等:空间环境对青椒和番茄遗传诱变研究
在果实充分成熟期相同部位取材进行 VC 及可溶性糖含量分析 ,其结果显示:卫星搭载处理后
代卫星 87—2—SP9代青椒 ,卫星 94—SP2代青椒和卫星 94—SP2代番茄 VC含量和可溶性糖
含量明显高于对照组 ,即卫星突变系青椒和番茄营养成分含量及品质高于对照组。(见表 1所
示)。
表 1 航天育种青椒和番茄果实维生素 C 、可溶性糖含量
Table 1　The Content of Vitamin C and soluble sugar in fruit of pepper and tomato proge-
ny by space flight.
材 料
项
目
V C含量
(mg/100g.FW) VC提高百分率 可溶性糖含量(%)
可溶性糖增多
百分率
青椒卫星 87—2—SP9
对照 CK
42.10
36.16 16%
3.83
2.34 63.6%
青椒卫星 94—SP2
CK
45.57
34.67 34%
3.11
2.22 40%
番茄卫星 94—SP2
CK
17.83
13.37 33.3%
2.90
1.70 70%
2.3　空间条件处理青椒 、番茄后代叶片叶绿素含量分析
叶绿素在光合作用能量吸收和传递中起重要作用 ,从表 2看出:卫星搭载处理的青椒和番
茄后代叶片的叶绿素含量明显高于未搭载对照组 ,从而提高叶片截获光能的能力 ,提高光合作
用。并且卫星搭载后代 chlb/chla比值比地面对照的低 ,使光能利用率得以提高 ,最终使其产
量提高。
表 2 空间条件处理对青椒和番茄后代植株叶片叶绿素含量影响
Table 2　The effect of content of chlorophylla in leaves of pepper and tomato progeny by
space fl ight.
材 料
项
目 叶绿素含量 chla chlb chlb/ chla
青椒卫星 87—2—SP9
对照 CK
16.732
13.430
12.756
9.756
3.779
3.665
0.312
0.375
青椒卫星 94—SP2
CK
14.856
13.430
11.076
9.756
3.976
3.665
0.341
0.375
番茄卫星 94—SP2
CK
16.583
14.211
12.620
10.576
3.963
3.635
0.314
0.344
2.4　空间条件处理青椒和番茄后代同工酶分析
1996年 9月分别对航天育种的青椒 87—SP9 ,青椒 94—SP2和番茄 94—SP2的叶片及果
实过氧化物酶及酯酶同工酶进行分析。
186 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　17 卷
2.4.1　过氧化物酶同工酶分析
对试材的叶片及果实过氧化物酶的测定结果见表 3所示 。从青椒卫星 87—SP9 测定看
出:其叶片的过氧化物酶同工酶谱比 CK 少了二条酶带(Rf为 0.335 , 0.408)而增加了一条酶
带(Rf 为 0.092);其果实的同工酶谱比 CK 少了二条酶带(Rf 为 0.316 ,0.332)而增加了五条
酶带(Rf为 0.332 , 0.355 ,0.372 ,0.388 ,0.408)。从青椒 94—SP2测定看出:其叶片的过氧化
物酶同工酶谱比 CK 少了三条酶带(D f为 0.392 , 0.408 , 0.430)而增加了三条酶带(Rf 为 0.
095 ,0.304 ,0.396);其果实的同工酶谱比 CK 增加了一条酶带(Rf为 0.316)。从番茄 94—
SP2测定看出:其叶片过氧化物酶同工酶谱与 CK 酶带数目没有变化;其果实同工酶谱比 CK
少了一条酶带而增加了一条酶带(Rf为 0.092)。
表 3 空间条件对青椒 、番茄过氧化物酶同工酶的影响
Table 3　Tthe effect on peroxidase isoenzyme of pepper and tomato progeny by space flight
部位 过氧化物酶同工酶试材 处理
酶带序号(自负极至正极计算)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
叶
片
青椒 CK
87—SP9
-
0.092
0.281
0.281
0.320
0.320
0.335
-
0.367
0.367
0.392
0.392
0.408
-
0.430
0.430
青椒 CK
94—SP2
-
0.095
0.281
0.281
-
0.304
0.320
0.320
0.335
0.335
0.367
0.367
0.392
-
-
0.396
0.408
-
0.430
-
番茄 CK
94—SP2
0.041
0.041
0.203
0.203
0.294
0.294
0.313
0.313
0.326
0.326
0.361
0.361
0.389
0.389
0.411
0.411
0.443
0.443
0.456
0.456
果
实
青椒 CK
87—SP9
0.316
-
-
0.322
0.332
-
-
0.355
-
0.372
-
0.388
-
0.408
0.52
0.52
青椒 CK
94—SP2
-
0.260
0.322
0.322
0.349
0.349
0.368
0.368
0.398
0.398
0.500
0.500
0.520
0.520
番茄 CK
94—SP2
-
0.092
0.247
0.247
0.276
-
0.332
0.332
0.385
0.385
0.420
0.420
0.490
0.490
2.4.2　酯酶同工酶分析
对试材的叶片及果实酯酶同工酶测定结果见表 4所示 。从青椒 87—SP9测定结果看出:
其叶片的同工酶谱比 CK少了一条酶带(Rf为 0.934);其果实的同工酶谱与 CK酶带数没有变
化。从青椒 94—SP2测定结果看出:其叶片的同工酶谱比 CK少了一条酶带(Rf为 0.938)而
增加了一条酶带(Rf为 0.942);其果实的同工酶谱比 CK 少了一条酶带(Rf为 0.958)。从番
茄 94—SP2测定结果看出:其叶片的同工酶谱与 CK 酶带数没有变化;其果实的同工酶谱比
CK 少了一条酶带(Rf为 0.954)。
同工酶是植物基因表达的次级产物 ,因此同工酶的变异与性状遗传有密切关系。根据上
述过氧化物酶及酯酶的同工酶结果分析 ,经空间条件处理的青椒 、番茄 ,其遗传性发生了变异 。
2.5　空间条件下引起青椒叶片细胞超微结构变化
同时取卫星 87—2青椒及地面对照青椒靠近生长点区的幼叶进行超薄切片 ,透射电镜下
1872 期　　　　　　　　　　孙野青等:空间环境对青椒和番茄遗传诱变研究
观察结果显示:空间条件处理植株叶片 ,细胞内可见大量的线粒体和过氧物酶体 ,线粒体嵴膜
清晰 ,多呈杆状 ,基质中富含核糖体;叶绿体体积大 ,电子密度低 ,片层结构清晰;线粒体 ,过氧
物酶体 ,叶绿体三者保持靠近位置 。而对照叶片 ,线粒体呈泡状 ,嵴膜没有处理组的清晰 ,叶绿
体小 ,电子密度高 ,片层结构相对少 ,偶见有少量的过氧物酶体。根据形态结构与代谢生理功
能相适应特点 ,电镜观察结果表明:空间诱变叶片 ,细胞物质代谢旺盛 ,光合能力和呼吸强度增
高 ,加强了营养物质的合成及运输能力 ,从而导致果实增大 ,产量提高 。
表 4 空间条件对青椒 、番茄酯酶同工酶的影响
Table 4　The effect on esterase isoenzyme of pepper and tomato progeny by space flight.
部位 酯酶同工酶试材 处理
酶带序号(自负极至正极计算)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
叶
片
青椒 CK
87—SP9
0.934
-
0.946
0.946
0.965
0.965
青椒 CK
94—SP2
0.938
-
-
0.942
0.965
0.965
番茄 CK
94—SP2
0.078
0.078
0.942
0.942
0.965
0.965
果
实
青椒 CK
87—SP9
0.084
0.084
0.682
0.682
0.958
0.958
0.977
0.977
青椒 CK
94—SP2
0.958
-
0.977
0.977
番茄 CK
94—SP2
0.954
-
0.976
0.976
3.小结与讨论
经空间条件处理后 ,选育出具有优良性状的青椒 ,其植物学性状 、抗性 、产量 、同工酶变化 、
营养成份高等优良品质可稳定遗传到第九代 。
将稳定遗传的卫星 87—2重复搭载 ,进行空间条件处理后 ,选育出的卫星 94—SP2青椒
在保持了卫星 87 —2各种生物学优良性状外 ,出现了明显的成熟期缩短 ,对其进行观察和培育
是我们将来的研究重点。
空间环境产生的生物学效应研究在美国 、前苏联等宇航大国 ,开展的较深入和广泛 ,其目
的多为载人航天及人类开拓月球或火星的飞行计划提供可靠保障而进行 。因此 ,他们即使使
用植物种子为研究材料 ,也多观察和研究当代及第二代的效应〔8 , 9 , 10〕 。而我们的目前是利用
空间条件进行诱变育种 ,为地面的人类选育优良品系 ,这几乎是一个空前的研究领域 ,而自 87
年利用我国返回式卫星搭载进行航天育种以来 ,已经选育出一些遗传性状稳定的优良品系 。
本项研究表明 ,空间环境能够使青椒种子产生遗传性状的改变。并能够筛选出具有优良遗传
性状的稳定品系 。但对于这种开拓性的工作还处于刚刚起步阶段 ,特别是引起植物种子诱变
188 植　　物　　研　　究　　　　　　　　　　　　　　　17 卷
的空间条件的分析将更需进一步深入研究。
参　　考　　文　　献
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