全 文 ：第 26卷
Vo l.26 　
第 1期
No.1
西华 师 范 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )
Journal of ChinaW estNo rma lUnive rsity (Na tura l Sciences)
2005年 3月
M ar. 2005
文章编号:1001-8220(2005)01-0047-05
航天诱变凤仙花 SP1 代花 、果实和种子的研究①
汤泽生 1 ,杨　军 1 ,赵　燕1 ,袁海云1 ,刘　平 2
(1.西华师范大学生命科学学院 ,四川南充 637002;2.南充航天农业有限公司 ,四川南充 637000)
摘　要:利用神舟四号飞船搭载的凤仙花种子 , 对诱变当代(SP1)花 、果实和种子的研究发现:花部性状有变化.花
萼数目从 1片到 3片 , 萼片的距有 1个 、 2个 、3个.花瓣数目增多 , 从 5 - 68瓣不等. 雄蕊从 5个至完全退化.单株结
果实的数目变化大 , 并有异型果 、双果出现.种子的大小不一致 , 每果种子的数量变化大 , 从 0 - 21粒不等. 并对结
果数与每果种子的粒数进行初步的分析.
关键词:航天诱变;凤仙花;花;果实;种子
中图分类号:O345.22　　　文献标识码:B
凤仙花 (Impatiens ba lsam ina)属凤仙花科凤仙花属. 是一种较早开发的药用植物与观赏植物 ,一直受到
人们的重视 [ 1 -3] .随着空间科学的进步 ,利用卫星搭载诱发植物发生变异 ,已经越来越受到人们的重视 ,并在
一些主要的粮食作物 ,蔬菜和园艺植物中加以实验 ,取得了不少的成果[ 4 - 7] . 我们利用凤仙花干种子航天诱
变后 ,对 SP1代小孢子母细胞减数分裂中染色体的畸变 、染色体数目的变化和小孢子的发育进行研究 ,获得
了一些成果 [ 8] ,现将卫星搭载凤仙花种子后 ,对当代的花 ,果实和种子的研究结果总结于后.
1　材料与方法
1. 1　材　料
以烂头凤仙花(Impatiens balsam ina)为材料 ,将种子分为两组 ,一组为实验组 ,另一组为对照组.
1. 2　种子处理
将实验组的凤仙花干种子送北京中国航天工业总公司 ,由航天工业总公司送往甘肃酒泉卫星发射基地 ,
搭乘神舟四号飞船 ,于 2002年 12月 30日凌晨 0时 15分发射升空 ,绕地球运行 105圈 ,历时 6 d 19 h零
1 m in , 2003年 1月 5日 19时 16分返回地面 ,再由中国航天工业总公司将处理后的凤仙花种子送回四川省
南充市航天农业有限公司.
1. 3　种　植
实验种子与对照种子于 2003年 5月 10日在南充市顺庆区荆溪镇航天农业育种基地育苗 , 6月 6日定
植 ,并先后将部分植株移栽到西华师范大学生物实验大楼二楼平台上定植观察.
1. 4　实验室工作
凤仙花开花后 ,观察花的形态 、结构并取花药在显微镜下镜检.在蒴果成熟后 ,随机统计部分单株的结果
数和单果种子的粒数.用 1 /万的电子分析天平称量种子的重量 ,并照像记录.
2　结果分析
2. 1　花
航天诱变的凤仙花为烂头凤仙 ,在处理的 135个植株中 ,发现 12株顶部花为月季花状 ,复瓣 ,首先开放.
其花瓣一般在 45 - 68片之间变化 ,雄蕊 、雌蕊均退化.有 3株的侧枝顶端花重瓣 、也呈茶花状.在对照的 30
① 收稿日期:2004 - 11 - 25
基金项目:四川省应用基础研究资助项目( JY029 - 055 - 2);四川省重点学科建设资助项目(SZD0420)
作者简介:汤泽生(1932 -), 男 ,重庆涪陵人 , 西华师范大学生命科学学院教授 ,主要从事遗传学的教学和科研工作.
DOI牶牨牥牣牨牰牪牬牰牤j牣issn牣牨牰牱牫牠牭牥牱牪牣牪牥牥牭牣牥牨牣牥牨牨
48　 　　　　　　　　　　　西华师范大学学报(自然科学版 )　　　　　　　　　　　　　 2005年
株中 ,仅有两株主茎顶部为茶花状.
凤仙花的花式为 K1 - 3C5A 5G(1∶5)[ 1] ,在处理的凤仙花中 ,花萼的片数增多 ,变化范围在 1 - 5片之间.
花萼上的距 (spur),对照组多为 1个 ,而诱变后发现有双距 、三距的花(图 1 - 2),除茎顶呈月季花形外 ,多数
植株的花瓣为 5片(图 1 - 1),但有复瓣出现 ,其花瓣数从 5 - 10片不等. 花的颜色丰富 ,除有与对照相同的
白色 、浅红 、红色 、红白相嵌外 ,还有大红 、桃红 、白花瓣中有红色小斑 ,桃红中有白色小点等. 颜色丰富 、花瓣
增多 ,花朵较大 ,花形更为美观. 凤仙花为单花 ,一般每个叶腋处为 1朵花 ,但在院 1植株上发现在第 14片叶
腋处 ,有两朵花. 同在 1个花柄上 ,出现了双花.
表 1　航天诱变凤仙花单株开花结果状况统计
Tab. 1　Flow ers and fruits in sing le I. ba lsam ina plant induced by space fligh t
编号 单株号 花色 开花数 结果数(%) 大果数(%) 小果数(%)
1 院 1 紫花 225 164(72.9) 37(22.6) 127(77. 4)
2 院 2 紫花 183 161(88.0) 72(44.7) 89(55. 3)
3 院 4 紫白相嵌 192 138(71.9) 25(18.1) 113(81. 9)
4 院 3 粉红 、红白相嵌 178 35(19.7) 27(7.1) 8(22.9)
5 对照 紫色 195 146(74.9) 135(92. 5) 15(7.5)
2. 2　果　实
凤仙花开花传粉后就结成
果实.航天诱变后的凤仙花植
株 ,结果率有较大的差异 (表
1), 对 照 株 的 结 果 率 为
74.9%,而处理组的植株结果
率 ,株间差异大 ,最高的单株
(院 2)结果率为 88.0%,一般
图 1　航天诱变凤仙花 SP1代花 、果实和种子
1.院 2凤仙花 ,示果实和种子(左大右小);2.院 4
凤仙花,示 3个距;3.院 2凤仙花 ,示双果(上), 单
果:大(中)、小(下)及每果内的种子;4.院 1凤仙
花,示大(上),小(下),果实(左)和花(右);5.院 3
凤仙花,示果实(左)及大(上),小(下)种子(右)
F ig. 1　F lowe r, fruit, seeds in Impatiens
ba lsam ina plants induced by space flight
(院 1,院 4)的为 70%左右的
结果率 ,最低者(院 3)仅 19.66%.
在处理的植株上所结果实的大小不同 ,明显的分为两类 ,
即大型果与小型果(图 1 - 3 , 4). 按其果实的大小 ,我们进行
了分类统计 ,大小果的比例也有差异. 未经处理者的大果为
92.5%,小果为 7.5%.而处理株(院 3号)顶部花为茶花状者 ,
大果为 77.6%, 小果为 22.1%. 紫色花株 (院 2), 大果为
38.3%,小果为 61.63%, 紫白相嵌花者 (院 4)大果仅占
18.1%,小果多达 81.9%,与对照比较 ,其差异很大.这说明航
天诱变对凤仙花单株果实的大小有明显的影响. 凤仙花的果
实 ,对照株授粉后的嫩果上 ,具有较多的绒毛 ,果皮较薄 ,故果
实成熟时容易爆裂 ,这是凤仙花传播扩散种子的方式.而航天
诱变后的个别单株的蒴果上 ,绒毛有的减少 ,变粗;有的果皮
增厚 、表面较光滑.故航天诱变对凤仙花植株的果实大小 、种
子数目等产生了不同程度的影响.
2. 3　种　子
航天诱变后 ,对凤仙花不同株间每个果实内的种子数 (图
1 - 3)和种子的重量也产生不同的影响.现将我们对 27个实
验株和 2个对照株每果结籽数统计于表 2.
(1)从表 2看出 , 未经处理的对照株 ,平均每果结种子
15. 429粒 ,而处理株平均每果结种子 11. 598粒. 两者相差较
多 ,航天诱变植株每果结籽数少了 3. 831粒.
(2)航天诱变株之间每果平均粒数差异较大 ,每果平均为
17.375粒 ,但不同果之间粒数极差大 ,竟高达 9粒. 而院 2号
开紫红色花的植株 ,每果内种子的粒数最少 ,平均为 3.25粒 ,
且极差为 6,说明不同果内种子的数目较少 ,而且在粒数上多
少相差较大. I5 -2号单株果实内的平均粒数虽不高 ,为 6.2粒 ,
但极差小 ,平均值偏差也不多 ,说明各个果实内的种子数趋于
一致.不少株间果实内种子数量多少的差异 ,与航天诱变有一
　第 26卷第 1期 汤泽生 ,等:航天诱变凤仙花 SP1代花 、果实和种子的研究 49　
定的关系.
现将单株 50粒种子的重量 (g)和最大单粒重 ,最小单粒重(g)统计于表 3(见表 3).
表 2　航天诱变凤仙花 SP1代果粒数统计表
Tab. 2　Number o f seeds pe r fruit in sing le SP1 I. balsam ina
plan t induced by space fligh t
株号 花性状 每果平均粒数 极差 方差 标准差 平均值偏差
I
4 - 2 玫瑰红嵌白 12. 125 7 6. 698 2. 588 2. 125
I2 - 4 浅粉红 14 10 13. 141 3. 625 2. 75
I1 - 2 玫瑰红 11. 5 7 5. 998 2. 449 2
I2 - 3 红白色相嵌 9 5 3. 430 1. 852 1. 5
I5 - 3 桃红嵌白 11. 25 7 11. 93 3. 545 2. 75
I3 - 3 红嵌白色 10. 125 7 7. 84 2. 8 2. 41
I5 - 3 红嵌少量白色 10. 75 6 3. 644 1. 909 1. 5
I5 - 2 桃红 6. 2 2 0. 701 0. 837 0. 64
I8 - 1 红白相嵌 13 4 1. 713 1. 309 1
I
9 - 1 红色 17 9 7. 712 2. 777 2
I7 - 1 桃红相嵌 12. 125 6 4. 687 2. 167 1. 656
Ⅲ
11 - 3 红白相嵌 12. 375 5 3. 698 1. 923 1. 469
Ⅵ 9 - 2 粉红 15. 625 5 2. 839 1. 685 1. 375
Ⅵ 8 - 1 浅粉 13. 875 11 11. 84 3. 441 2. 375
Ⅲ 9 - 1 粉白 12. 875 3 0. 982 0. 591 0. 687
Ⅳ 10 - 1 白色 10. 625 6 6. 27 2. 504 1. 875
Ⅲ 11 - 1 红白相嵌 11. 375 4 1. 695 1. 302 1. 031
Ⅵ 11 - 3 粉红 17. 5 7 4. 285 2. 070 1. 5
V1 - 2 红色 17. 375 9 7. 409 2. 722 1. 875
Ⅵ 6 - 2 白色 12. 375 8 7. 695 2. 774 2. 281
V7 - 1 浅粉红 13 6 8. 868 2. 978 2. 25
院 1 紫红 4 8 6. 954 2. 673 2
院 2 紫红 3. 25 6 6. 917 2. 630 1. 875
院 4 紫白相嵌 13. 25 7 5. 64 2. 375 1. 813
院 3 粉红 、顶盘状 5. 375 4 2. 268 1. 506 1. 281
CK 粉红 15. 429 7 5. 388 2. 321 1. 918
(3)从表 3可以看出:CK组 50粒种子的平均总重量约在 0.366 5 - 0.406 8g之间 ,而实验株 50粒种子
的平均总重量超过 0.406 8g者 ,有 9株 ,其中种子最重者为院 4号单株 ,高达 0.497 g;而低于 0.366 5g者有
11株 ,只有 7株种子的重量与对照组相当.
(4)从 50粒凤仙花种子的最大与最小平均 50粒重量之差(图 1 - 5),进行比较 ,差异最大为 0.018 2g.
单粒重最大为 0.020 2g,最小仅 0.000 8g. 故不同植株间种子的平均重量和单粒重量都有明显的差异.在统
计的 27个实验单株内最大与最小单粒之间重量差异竟高达 0.019 4g之多. 同时就是在一个单株之内大小
种子之间差异也是很大的 ,但是 ,有的单株种子比较一致 ,大小种子之间的重量仅差 0.004 1g,相反 ,有的相
差较大 ,重量差高达 0.018 2g.
3　讨　论
(1)卫星搭载凤仙花种子能诱发 SP1代植株产生染色体畸变和基因突变 ,从而引起生殖细胞内染色体
和基因发生突变 ,进而引起 SP2代 , SP3代发生性状的改变 ,方可从中选育新突变 、新类型. 我们已观察到凤
仙花小孢子母细胞经航天诱变后 ,在减数分裂中产生的染色体桥 ,落后染色体 ,分散染色体 ,染色体断片 ,染
50　 　　　　　　　　　　　西华师范大学学报(自然科学版 )　　　　　　　　　　　　　 2005年
色体环等染色体畸变 [ 8] ,为航天诱变提供了细胞学基础.
表 3　航天诱变凤仙花 SP1代单株种子重量(g)
Tab. 3　V aria tion of seed w e ight in sing le SP1 plants induced by space flight
区号 性状 大 中 小 最大 最小 平均 极差
I1 - 2 瑰瑰红 0.561 4 0.392 8 0. 182 1 0. 013 8 0. 002 0 0.37 8 8 0.011 8
I2 - 3 红白相嵌 - 0.719 0 0. 174 0 0. 011 47 0. 446 5 0.008 2
I2 - 4 浅粉红 0.473 0 0.322 0 - 0. 010 4 0. 006 3 0.397 5 0.004 1
I3 - 3 红嵌白花 - 0.310 8 0. 227 4 0. 007 9 0. 002 9 0.269 1 0.005 0
I4 - 2 玫瑰红嵌白 0.455 5 0.297 8 0. 205 6 0. 010 5 0. 002 5 0.319 6 0.008 0
I5 - 3 桃红嵌白 0.373 0 0.286 4 0. 201 1 0. 008 2 0. 002 7 0.286 8 0.005 5
I7 - 1 粉红相间 0.600 0 0.387 9 0. 245 7 0. 014 8 0. 002 9 0.411 2 0.011 9
I
8 - 1 红白相嵌 0.639 4 0.443 7 0. 263 9 0. 013 8 0. 000 8 0.449 0.013 0
I9 - 1 红色 0.454 5 0.385 6 0. 184 5 0. 011 6 0. 003 6 0.341 5 0.008 0
I
9 - 4 玫瑰红嵌白 0.549 2 0.388 1 0. 265 0 0. 011 9 0. 003 1 0.400 8 0.008 8
Ⅱ 5 - 2 桃红 0.484 5 0.370 7 - 0. 011 2 0. 006 4 0.427 6 0.004 8
Ⅱ 5 - 3 红嵌少白 0.476 5 0.351 9 0. 251 2 0. 010 4 0. 003 5 0.359 9 0.006 9
Ⅱ 7 - 2 桃红 0.635 7 0.4238 0. 229 5 0. 015 3 0. 002 8 0.428 0 0.012 5
Ⅲ 9 - 1 粉白 0.672 6 0.414 3 0. 265 4 0. 020 2 0. 002 0 0.450 8 0.018 2
Ⅳ 10 - 1 玫瑰红 0.399 2 0.356 8 0. 246 9 0. 013 7 0. 334 3 0.010 2
Ⅴ 11 - 1 红白相嵌 0.538 2 0.401 2 0. 278 1 0. 012 5 0. 003 1 0.405 8 0.009 4
Ⅳ 10 - 1 白色 0.554 9 0.325 9 0. 235 0 0. 014 4 0. 002 2 0.371 9 0.012 2
Ⅴ 2 - 1 浅粉红 0.464 3 0.308 0 0. 158 2 0. 012 3 0. 002 6 0.310 2 0.009 7
Ⅴ 11 - 3 粉红 0.574 9 0.313 7 0. 190 4 0. 015 3 0. 002 8 0.359 7 0.012 5
Ⅳ 1 - 2 红色 0.704 8 0.433 6 0. 322 5 0. 016 9 0. 009 9 0.487 0 0.007 0
Ⅵ 6 - 1 白色 0.500 9 0.376 1 0. 281 5 0. 016 8 0. 003 9 0.386 2 0.012 9
Ⅵ 8 - 1 浅粉 0.712 2 0.325 3 0. 219 6 0. 012 2 0. 003 4 0.419 0 0.008 8
Ⅵ
9 - 2 粉红 0.570 8 0.346 2 0. 179 7 0. 139 0. 002 9 0.365 6 0.011 0
院 1 紫红 0.530 0 0.366 7 0. 196 3 0. 014 1 0. 003 7 0.364 3 0.010 4
院 2 紫红 0.684 3 0.440 5 0. 201 3 0. 017 3 0. 003 0 0.4979 0.014 3
院 4 紫白相嵌 0.747 8 0.497 4 0. 248 6 0. 017 3 0. 003 0 0.497 9 0.014 3
院 3 顶盘粉红 0.526 4 0.314 5 0. 142 8 0. 013 2 0. 002 6 0.327 9 0.010 6
CK1 浅粉红 0.573 5 0.393 7 0. 253 2 0. 013 1 0. 004 2 0.406 8 0.008 9
CK2 顶部盘状红白相嵌 0.457 5 0.331 1 0. 191 0 0. 010 5 0. 002 0 0.366 5 0.008 5
(2)花 、果实和种子是植物有性生殖中进行上下代联系的重要链条 ,是遗传物质传递的基本途径 ,因此 ,
研究航天诱发突变不仅要分析其小孢子母细胞和大孢子母细胞减数分裂的畸变 ,也要分析由大 、小孢子结合
后发育所形成的果实和种子状况 ,发现其大 、小孢子变化后所产生的直接的影响 ,探索相关性状为选择提供
更多的条件 ,增加更多的选择机遇.
(3)关于果实异型性[ 9] ,是指在同一植株的不同部位产生不同形态或性状的果实的现象.航天诱变凤仙
花 SP1代表现出果实大小不一 ,有的果实大 ,有的果实小. 在大型果内的种子数量多 ,小型果内的种子数量
少 ,仅 1 - 2粒 ,特别是多数小型果内无种子.有的果皮上具较多纤毛 ,有的纤毛较少;有的果皮厚 ,有的果皮
较薄等 ,这些现象都是由航天诱变后所出现的果实和种子的异型性.
关于果实的大小与果实内种子数目的多少 ,可能与航天诱发大小孢子母细胞减数分裂中的染色体数
目 [ 8, 9]变化和基因突变等有关 ,它造成大小孢子的遗传物质变化 ,影响育性 ,从而使部分大孢子和小孢子不
育 ,不能形成种子 ,以致影响果实的大小. 而果皮的厚薄 ,果皮毛的多少则可能与基因突变有关. 故这种果实
或种子的异型性原因 ,可能是多方面的 ,还需要对 SP2 , SP3代进行跟踪研究.
(4)果实与种子的形成 ,受大孢子和小孢子两个方面的原因影响. 我们在卫星搭载的条件下发现凤仙花
　第 26卷第 1期 汤泽生 ,等:航天诱变凤仙花 SP1代花 、果实和种子的研究 51　
SP1代小孢子母细胞减数分裂中产生染色体的畸变 [ 8]和小孢子中染色体数目的变化 ,为搭载后的凤仙花小
孢子内的遗传物质发生突变提供了细胞学上的证据 ,这仅是对受精后形成种子影响的一个方面 ,而另一方
面 ,还需对凤仙花种子搭载后对大孢子母细胞及大孢子有什么影响进行研究 ,以便从两个方面研究果实和种
子变化的原因 ,包括异型性的原因.
参考文献:
[ 1] 　陈悛愉. 中国花卉品种分类学 [ M ] .北京:中国林业出版社 , 2001.
[ 2] 　鲁　非. 花卉学 [M ] .北京:中国农业出版社 , 1998.
[ 3] 　及　华 , 温　春.维吾尔药指甲花本草学考证及其生药学研究 [ J] . 中国民族民间医药杂志 , 1991, 1:55 -57.
[ 4] 　朱昌兰 , 胡　岳 ,陈峰萤. 作物空间诱变育种研究进展 [ J] . 江西农业大学学报 , 1999, 21(3):435 - 437.
[ 5] 　贾建航 , 王　斌.空间诱变育种研究进展 [ J] .干旱地区农业研究 , 1996, 17(3):187 - 192.
[ 6] 　郭匣华 , 邓立平 ,张军民 , 等.空间条件对蕃茄诱变遗传的研究 [ J] .空间科学学报 , 1996, 16:162 - 163.
[ 7] 　孙野青 , 李玉芬 ,陈　岩 , 等.空间条件对青椒和番茄诱变研究 [ J] .植物研究 , 1997, 17(2);184 - 189.
[ 8] 　汤泽生 , 杨　军 ,赵　燕 , 等.航天诱导凤仙花突变株性状及减数分裂过程的研究 [ J] . 核农学报 , 2004, 18(4):289 -293.
[ 9] 　曲荣明 , 谭敦类.种子(果实)异型性的研究进展 [ A] . 中国植物学会七十周年年会论文摘要汇编 [ C] . 北京:高等教育出
版社 , 2003.
Variation of F lower, Fruit and Seed in Impatiens ba lsam ina
P lants Induced by Space F light
TANG Ze-sheng1 , YANG Jun1 , ZHAO Yan1 , YAN H ai-yun1 , LIU Ping2
(1. Co llege o f S cience, Ch inaW estNo rm al Unive rsity, Nanchong 637002, Ch ina;
2. Nanchong Aero space B reeding C en te r, N anchong 637000, China)
Abstract:Several SP1 mu tant p lants are ob tained from induced Impa tiens balsam ina seeds by space flight, and their
flowe rs, fruits and seeds are investigated in this pape r. It is found that the characte rs o f f low ers show great varia-
tions. C alyxes vary s from 1 to 3 in numbe r, and the number o f comua in sepal varies from 1 to 3. Pe talum of these
plants increases from 5 to 49 in number in comparison w ith norma l p lants. Whi le the stam ina in these p lants de-
creases or even w ithdraw s complete ly. The number of fruits in sing le plant fluc tuates, and heterofriu ts o r b infriu ts
appea r occasionally in these p lants. The size o f the fruits doesn’ t show co rresponding ly and the number o f seeds in
each fru it changes from 0 to 21. The fruits in sing le plan t and the number of each fruit are analyzed in sta tistics.
Key words:space induc tion;Impatiens ba lsam ina;flowe r;fruit;seed