全 文 ：航天诱导凤仙花 SP4 代三种不同花色突变系比较
?
杨 军1 , 2 , 李劲涛1 , 汤泽生2 , 谭 兴1 , 张秀丽1
(1 西华师范大学生命科学学院 , 四川 南充 637002 ; 2 西华师范大学珍稀动植物研究所 , 四川 南充 637002)
摘要 : 以航天诱变凤仙花院 3 株系 SP4 代中的三种不同花色 (粉花、红花、紫花 ) 突变系为材料 , 对其雄
配子体染色体数目、排列方式和花粉活力进行比较分析 , 并观察了四分孢子时期的分裂情况。将观察结果
同 SP1 、SP2 和 SP3 的观察结果进行跟踪比较。结果发现 SP4 代粉花和红花突变系的小孢子染色体数目趋向
正常。紫花突变系花粉染色体数目正常比例仅为 2 .88% , 平均为 10 .46 条 , 并且紫色花突变系出现多分孢
子、畸形花粉和花粉染色体排列不规则现象。TTC 染色统计分析发现 , 紫花突变系花粉活力较低 , 而粉花
及红花突变系的花粉活力较高。研究结果表明红花和粉花突变系已经趋于稳定 , 但紫花突变系远未达到稳
定。本研究为凤仙花新品种 (系 ) 的选育提供了参考。
关键词 : 凤仙花 ; 突变系 ; 花粉活力 ; 染色体数目 ; 四分孢子
中图分类号 : Q 945 文献标识码 : A 文章编号 : 0253 - 2700 (2008) 02 - 221 - 06
Comparison on Three Mutant Lines with Different Floral
Color in SP4 Generation Impatiens balsamina
(Balsaminaceae) Induced by Spaceflight
YANG Jun
1 , 2
, LI J in-Tao
1
, TANG Ze-Sheng
2
, TAN Xing
1
, ZHANG Xiu-Li
1
( 1 Collegeof LifeSciences, China West Normal University, Nanchong 637002 , China;
2 Instituteof Rare Animals and Plants, China West Normal University, Nanchong 637002 , China)
Abstract: Threemutant lineswith pink, redand purpleflowerswere cultivatedfromthe descendants of Impatiens balsami-
na“Yuan 3”induced by spaceflight . The number and arrangement of chromosomesin their male gametes, their pollen ac-
tivities, aswell as cell division duringmale gametogenesiswere investigated . The resultswereanalyzed comparatively with
previous reports in SP1 , SP2 and SP3 generations . It was found that chromosome numbers in mutant lines with pink or red
flower were closeto the normal , while the rate of pollens with normal chromosome number in the mutant line with purple
flower was recorded aslowas2 .88% , and theaverage numberwas 10 .46 . Furthermore, paraspore, malformed pollenand
irregular arrangement of chromosomes in pollens were observed in the line with purple flower . Statistical analysis via TTC
staining showed that the activities of pollens in the mutant line with purple flower were very low . However, the other two
lines showed obvious high pollen activities . The results suggested that the lineswith red or pink flower trend to be stable,
but the line with purple flower was far fromstableness .
Key words: Impatiens balsamina; Mutant line; Pollen fertility; Chromosome numbers; Tetraspore
凤仙花 ( Impatiens balsamina) 系凤仙花科凤
仙花属 , 为一年生药用植物与观赏植物 , 在园林
景观中应用广泛 , 一直受到人们的重视 ( 汤泽生
等 , 2005a)。目前研究主要通过改变环境、光周期
云 南 植 物 研 究 2008 , 30 (2) : 221～226
Acta Botanica Yunnanica

? ?基金项目 : 四川省科技厅应用基础 ( JY029-055-2 ) 和四川省重点学科建设项目 (SZD0420 )
收稿日期 : 2007 - 06 - 12 , 2007 - 07 - 30 接受发表
作者简介 : 杨军 ( 1973 - ) 男 , 博士 , 副研究员 , 主要从事航天育种与植物生物技术研究。E-mail : yangjunlz@ tom. com
诱导 , 或不同紫外线强度的照射处理 , 使凤仙花
的形态改变 , 并对这种变化机制进行探讨 (Poute-
au 等 , 1998; Tooke and Battey, 2000; Dixon 等 ,
2001; Wettberg等 , 2005 )。随着空间科学的进步 ,
利用卫星搭载诱发植物发生变异成为植物育种的
新手段之一 , 并在一些主要的粮食作物、经济作
物、蔬菜和园艺植物中取得了一系列成果 (刘继
红等 , 2003; 郭光荣等 , 2004)。凤仙花的染色体数
目为 2n= 2x = 14 , 汤泽生等在经“神舟 4 号”卫
星搭载凤仙花的 SP1 代中发现的一个 2003 - 3 (汤
泽生命名为院 3) 突变株 , 其小孢子母细胞减数分
裂后的小孢子内 , 出现很大程度的异常 , 在院 3
的 SP2 、SP3 后代中 , 其花粉精核的染色体数目变
化范围不断缩小 , 并有趋于稳定的趋势 ( 汤泽生
等 , 2005b)。据蒋兴村等 (1995) 报道 , 与常规育
种相比 , 航天育种的优势之一就是育种周期短 ,
一般在 SP4 代后可以稳定。凤仙花植株经单株收
种 , 按株系播种 , 在凤仙花院 3 SP4 代中分化出三
个不同花色变异的新品系 , 从表型看各品系趋于
一致 , 但是否 SP4 代的凤仙花就已经稳定呢 ? 我
们对三个不同花色突变系进行了比较分析 , 以期
为凤仙花新品种 (系 ) 育种筛选提供依据。
1 材料与方法
1 .1 材料
以经“神舟 4 号”搭载的凤仙花 ( Impatiens balsami-
na) 种子 SP1 代中院 3 突变株的 SP4 代的三个突变系为材
料 , 三个突变系表型为分别开红色花 , 粉色花和紫色
花。以未经搭载的凤仙花植株为对照。
1 .2 方法
2006 年 5 月分别对三突变系在花期取花药 , 作如下
观察分析。
(1 ) 花粉活力的测定 : 采用 TTC (2 , 3 , 5-氯化三苯
基四氮唑 ) 法 , 每株各制五个片子 , 每张片子取 3 个视
野观察统计。具有活力的花粉呼吸作用较强 , 可将无色
的 TTC 还原成红色的 TTF (三苯甲簪 ) 而使其本身着红
色 , 无活 力的花粉颜色变 化不明显 ( 欧 阳志勤等 ,
2006)。我们以着红色的为高活力花粉 , 浅红色的为弱活
力花粉 , 无色的为无活力花粉为标准进行统计 , 并计算
百分比。用 SPSS13 .0 软件对不同突变系花粉活力之间的
差异进行显著性分析。
(2) 四分孢子及花粉染色体观察 : 用改良苯酚品红
染色、压片观察染色体排列分布情况 , 并统计染色体数
目 , 典型的结果用 Moitic BA300 系统照相。
2 结果
2 .1 花粉活力检测
将 SP4 代三个不同突变系成熟花粉经 TTC 染
色后统计花粉着色情况 , 结果发现紫花突变系花
粉活力较低 , 高活力花粉的比例仅为 6.6% (表 1)。
2 .1 .1 高活性花粉频率统计分析 用 SPSS13 .0
软件对 3 种突变系具高活性花粉的频率进行统计
分析 , 发现高活性花粉频率的平均值大小顺序是
红花突变系 > 粉花突变系 > 紫花突变系。3 个不
同突变系高活性花粉频率的标准误大小是紫花突
变系 > 粉花突变系 > 红花突变系 , 说明紫花突变
系花粉活性变化范围大 , 而粉花突变系与红花突
变系花粉的活性变化范围较小。
对高活性花粉的频率进行方差齐性检验分
析 , 显示齐性检验结果 sig . = 0 .007 < 0 .05 , 说
明方差不具有齐性。用 Tamhane方法对三类植株
进行多元性比较分析 ( 表 2 )。
分析结果显示 , 红花突变系与粉花突变系之
间显著值 P = 0 .054 > 0 .05 , 说明二者之间高活
性花粉出现的频率差异性不显著。将紫花突变系
分别与粉色花突变系和红花突变系进行比较 , 结
果其显著值均为 P = 0 .000 < 0 .001 , 说明紫花突
变系与二者之间差异极显著。
表 1 花粉活力统计
Table 1 Statistical analysis of pollen activity
编号 No .
红色花 Red flower
花粉数
Number
+ + + -
粉色花 Pink flower
花粉数
Number
+ + + -
紫色花 Purple flower
花粉数
Number
+ + + -
总数 Total 791 8550 ?98 143 569 323 ?111 %135 D609 40 f506 63
频率 Rate ( % ) 69 J. 62 12 i. 39 18 ?. 08 56 .77 19 .51 41 .80 6 .. 6 83 M. 09 10 l. 34
注 : + + : 高活力花粉 ( 红色 ) ; + : 弱活力花粉 ( 浅红色 ) ; - : 无活力花粉 (无色 )
Note: + + : high pollen activity ( red) ; + : low pollen activity ( pink ) ; - : without pollen activity ( purple)
222 云 南 植 物 研 究 30 卷
表 2 多元性比较检验
Table 2 Post hoc tests multiple comparisons
( I ) 植株 ( J ) 植株 离均差
Mean Difference ( I -J )
标准误
Std . Error
相伴概率
Sig .
95 ?%置信区间 95 % Confidence interval
下限 Lower bound 上限 Upper bound
红色花 粉色花
紫色花
?. 11395816
?. 60765214 *
. 03806649
.04061317
. 054
. 000
- <. 0017904
<. 4936386
?. 2297067
?. 7216657
Tamhane 粉色花
红色花
紫色花
- ?. 11395816
?. 49369398 *
. 03806649
.05247497
. 054
. 000
- <. 2297067
<. 3524919
?. 0017904
?. 6348961
紫色花
红色花
粉色花
- ?. 60765214 *
- ?. 49369398 *
. 04061317
.05247497
. 000
. 000
- <. 7216657
- <. 6348961
- ?. 4936386
- ?. 3524919
* The mean difference is significant at the . 05 level
2 .2 染色体
2 .2 .1 院 3 突变株后代小孢子染色体变化 凤
仙花染色体数目为 2n= 2x= 14 , 对三个不同花色
凤仙花突变系花粉染色体数目进行观察统计 , 结
果发现粉花突变系和红花突变系的小孢子内的染
色体数目正常的比例分别是 73 .15% 及 75 .76% ,
接近于对照组的 95 .88%。但紫花突变系的小孢
子染色体数目正常的仅占 2 .88% , 绝大多数小
孢子的染色体多于正常数目 , 平均每个小孢子染
色体条数为 10 .46 条 (表 3)。
表 3 凤仙花院 3 突变株 SP4 代小孢子染色体数目的变化
Table 3 Variation of chromosomenumber in microspores of SP4 plants fromYuan 3 mutant plant
材料 Material
染色体数目 No . of chromosomes
4 (5 G6 f7 ?8 9 10 11 ?12 213 Q14 p
合计
Total
粉色突变株
细胞数 No b.of cell
频率 Rate ( % )
10 Y
9 ?. 26
16 x
14 A. 81
79 ?
73 `. 15
3
2 l. 78
108
SP4 ?红色突变株
细胞数 No b.of cell
频率 Rate ( % )
3 G
2 ?. 27
21 x
15 A. 91
100 ?
75 `. 76
8
6 l. 06
132
紫色突变株
细胞数 No b.of cell
频率 Rate ( % )
3 ?
2 M. 88
5
4 l. 81
16
15 ?. 38
32
30 .77
30 ?
28 .85
3
2 .88
13 Q
12 ?. 50
2 ^
1 &. 92
104
CK
细胞数 No b.of cell
频率 Rate ( % )
6 f
3 .. 53
163 ?
95 `. 88
1
0 l. 59
170
图 1 三个突变株系花粉中的染色体
Fig . 1 Chromosomes in pollens of three mutant lines
A～F: 紫色花突变系染色体 ; G～ I : 红色花突变株系染色体 ; J～L : 粉色花突变株系染色体 ; M: 对照
A-F : Chromosomes in mutant line with purple flower; G-I : Chromosomes in mutant line with red flower ;
J -L : Chromosomes in mutant linewith pink flower; M: Chromosomes in control plant
3222 期 杨 军等 : 航天诱导凤仙花 SP4 代三种不同花色突变系比较
2 .2 .2 染色体的排列状态 正常凤仙花染色体
为短棒状 ( 图 1: M) , 数目为 7 条。紫花突变系
花粉内染色体的数目明显比正常植株的多 , 大小
不一 , 很多染色体间有相连 , 且总的来说排列不
规则 (图 1: A～F ) 。而粉花突变系与红色花突
变系同正常植株相似 , 花粉内的染色体多是分散
的线状排列或两排 , 大小较均匀 , 排列较规则
(图 1: G～M)。
2 .3 四分孢子时期分裂情况
对 SP4 代三个突变系在四分孢子时期的分裂
状况观察发现 , 紫花突变系出现高频率的多分孢
子现象 , 数量变化很大 ; 有的分裂均匀 (图 2:
A、B) , 有的分裂不均、大小不一 ( 图 2: C～
F)。而粉花突变系与红花突变系分裂正常 ( 图
2: G～ J )。
2 .4 花粉形态观察
观察 SP4 代花粉形态发现 , 粉花及红花突变
系花粉大小较均匀 , 形态较饱满 ( 图 3: A , B)。
而紫花突变系花粉粒大小不一 , 有很多细小的花
粉 , 也出现不少联体花粉和畸形花粉 ( 图 3: C
～F)。
3 讨论与分析
航天育种是利用空间特殊条件对种子或植物
组织的作用 , 使染色体发生断裂、基因重组而产
生性状变异。这种变异虽没有外源基因的插入 ,
但诱变效率高、且产生的变异可遗传 ( Hahn and
Hock, 1999) , 为作物育种、特别是园林植物育
种提供了绝好的手段。汤泽生等 ( 2004) 在凤仙
花种子经卫星搭载的当代分析 , 发现有的植株突
图 2 四分孢子时期细胞分裂
Fig . 2 Cell division of I . balsamina in tetraspore stage
A～F : 紫花突变株系的多分孢子 ; G～H: 粉花突变株系的四分孢子 ; I～ J : 红花突变株系的四分孢子
A -F: Paraspores in mutant linewith purple flower; G-H: Tetraspores in mutant linewith pink flower; I -J : Tetraspores in mutant linewith red flower
图 3 三个不同突变系花粉形态
Fig . 3 Shape of pollens in three mutant line plants
A : 粉色花突变系花粉 ; B: 红色花突变系花粉 ; C～F: 紫色花突变系花粉
A : Pollens in mutant plant with pink flower; B: Pollens in mutant plant with red flower; C-F: Pollens in mutant plant with purple flower
422 云 南 植 物 研 究 30 卷
图 4 院 3 突变株不同后代小株系中具正常染色体数目花粉的比例
Fig . 4 Rates of pollens in different generation or lines
with mormal chromosome numbers fromYuan 3
图 5 院 3 突变株后代小孢子平均染色体数目
Fig . 5 Average chromosome number in microspores of different
generation or lines from Yuan 3
变比较明显 , 这为选育凤仙花新品种 ( 系 ) 提供
了良好的素材。在对一株染色体行为极端异常的
突变株 ( 院 3 ) 进行跟踪观察研究后 , 发现其
SP2 、SP3 后代中 , 花粉精核的染色体数目变化范
围不断缩小 , 并有趋于稳定的趋势 ( 汤泽生等 ,
2005b)。在经过单株收种栽培后发现在 SP4 代中
分化出了红花、粉花和紫花群体 , 且各群体内部
趋于一致。
参照以前的报道结果 , 对 SP1 -SP4 代的结果
进行分析 , 发现具有正常染色体数目花粉的比例
随着世代的增加逐渐增加 : SP1 代为 40 .96% ,
SP3 代达 70 .50% , 而 SP4 代的粉花突变系和红色
花突变系分别为 73 .15% 和 75 .76% ( 图 4 )。分
析院 3 突变株后代小孢子平均染色体数目 , SP1 -
SP4 代也呈增加的趋势 , 并越来越接近正常的 7
条染色体数目 (图 5 )。说明粉花突变系与红花
突变系已趋于稳定。但是紫花突变系具正常染色
体数目的花粉比例远低于粉花和红花突变系 , 更
低于对照组材料 , 甚至不及其亲代院 3。由此可
见紫花突变系尚未稳定。与 SP1 -SP3 代及粉花和
红花突变系不同的是 , 紫花突变系花粉平均染色
体数目高于正常染色体组 , 为 10 .46 ( 约为 7 条
与 14 条的均值 ) 。
不仅如此 , 紫花突变系还存在多分孢子、花
粉畸形及花粉中染色体排列不规则的现象 , 这与
紫花突变系花粉染色体异常的结果是一致的。推
测紫花突变系产生这些现象的原因 , 可能是减数
分裂的多极分裂导致多分孢子的形成 , 而染色体
分配不均致使各小孢子中染色体数目不一 ( 汤泽
生等 , 2005a)。紫花突变系花粉染色体排列不规
则的原因 , 应当与染色体数目的增多有关 ; 而紫
色花突变系花粉育性低的原因在于 , 非整倍体的
大量出现 , 导致与发育相关的基因和酶的变化 ,
使细胞分裂和代谢活动受到影响 ( Matzke 等 ,
1999; 刘继红等 , 2003; 郭光荣等 , 2004; Tel-Zur
等 , 2005) 。
综合几方面的结果可以看出 , 院 3 的后代
SP4 代中 , 红花和粉花突变系已经趋于稳定 , 但
紫花突变系远未达到稳定。李源祥等 (2000 ) 在
研究空间诱变水稻时 , 发现 SP1 代的变异不明
显 ; SP2 和 SP3 代出现强烈的分离变异 , 而 SP4
代的大部分性状已基本稳定 ; 赵玉锦等 ( 2001)
从航天诱变高粱的 SP3 代中获得一个矮杆早熟突
变体 , 其后代连续两年播种突变体性状稳定 ; 而
李金国等 (2000 ) 研究空间诱变番茄时 , SP4 代
选拔单株系 , 后代获得稳定纯度高的优良突变品
系。比较发现 , 在这些材料中报道的结果均与我
们在凤仙花中所得到的结果有所不同。本文的研
究结果为凤仙花的航天诱导新品种 ( 系 ) 的选育
提供了参考依据。
〔参 考 文 献〕
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5222 期 杨 军等 : 航天诱导凤仙花 SP4 代三种不同花色突变系比较
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