航天诱变对须苞石竹SP1代植株生理指标及抗氧化酶的影响

1 材料与方法

材料来源:以须苞石竹种子为材料，将种子分为两组:一组为试验组，另一组为对照组。将实验组的须苞石竹送往甘肃酒泉卫星发射基地，搭载于第21颗返回式卫星，2005年8月2日从酒泉卫星发射中心发射升空，在太空运行了27d，于2005年8月29日返回地面。将搭载过的种子放入干燥皿中，置于冰箱中4℃条件下保存。

试验设计:2007年8月10日，将试验种子和对照种子在日光温室中采用点播法分别播种于128个孔的两个穴盘中，基质为草炭，覆盖2～3mm细沙，每重复3盘。温室日温25～35℃，夜温20～25℃，保持表土湿润，出苗后长出8片真叶时移栽于直径为18cm的塑料盆中，基质为草炭+蛭石(V(草炭)∶V(蛭石)=1∶1)，对照种子获得50株。航天搭载种子获得SP1代25个株系，将其编号记为SP1-1～SP1-25。2008年7月—2009年8月，将SP1代植株扦插繁殖3次，2009年9月，选择每个株系中10株健壮植株，移栽于塑料大棚中直径为18cm的塑料盆中，经低温春化后，2010年1月底移至日光温室，温室的昼夜温度为15～25℃，昼夜空气相对湿度为80％～95％。

生理生化指标测定:3月份植株开花后，于09:00自上而下至第6个叶片的中部进行取样，测定生理生化指标，因SP1-4号植物长势不良，选用剩下的24个株系，每个株系3株重复。对照采用从50株中随机选择5株来进行测定。

叶绿素质量分数采用分光光度法[10]55-56、丙二醛质量摩尔浓度采用硫代巴比妥酸法[10]124-125，超氧化物歧化酶(SOD)活性采用 NBT 光还原法[10]126-127，游离脯氨酸(Pro)质量分数采用印三酮法[11]，过氧化物酶(POD)活性采用愈创木酚法[12]，过氧化氢酶(CAT)活性采用紫外吸光法[13]。

2 结果与分析

2.1 叶绿素质量分数的差异

从表1可以看出，与对照相比，经航天诱变的须苞石竹SP1植株叶片叶绿素a和b质量分数的变异幅度和变异系数都显著增大，SP1代24个株系之间差异显著，最大值是最小值的2倍以上，这样为选择有利的突变体提供了可能性。方差分析表明，航天诱变后叶绿素a和b的质量分数都显著降低(p＜0.01)，并且叶绿素b降低幅度(43.5％)大于叶绿素a的降低幅度(38.8％)，说明前者对空间环境更敏感。由于叶绿素b的降幅大于叶绿素a，导致叶绿素a/b增大，但没有达到显著水平。

表1 航天搭载对须苞石竹SP1植株叶片中光合色素质量分数的影响

2.2 脯氨酸和丙二醛质量分数的差异

从表2可以看出，与对照相比，经航天诱变的须苞石竹SP1植株叶片脯氨酸质量分数的变异幅度和变异系数显著增大。SP1代24个株系之间差异极大，最大值为80.783μg/g，最小值为9.619μg/g，最大值是最小值的8倍以上。试验组与对照组相比脯氨酸质量分数增加34.3％，方差分析表明航天诱变后植株叶片脯氨酸质量分数的差异未达显著水平。

与对照相比，SP1植株叶片丙二醛质量摩尔浓度的变异幅度和变异系数也显著增大。SP1代24个株系之间差异极大，最大值为13.637nmol/g，最小值为3.136nmol/g，最大值是最小值的4倍以上，为筛选抗逆品种提供了可能性。试验组与对照组相比丙二醛质量摩尔浓度增加52.3％，方差分析表明航天诱变后植株叶片丙二醛质量摩尔浓度显著增加(p＜0.05)，说明空间环境对SP1代植株细胞膜影响严重。

表2 航天搭载对须苞石竹SP1植株叶片中脯氨酸及丙二醛的影响

2.3 抗氧化酶活性的差异

从表3可以看出，与对照相比，经航天诱变的须苞石竹SP1植株叶片SOD活性的变异幅度和变异系数变化不大，且SP1代24个株系之间的差异也不显著。试验组与对照组相比SOD活性增加9.8％，方差分析表明航天诱变后植株叶片SOD活性显著增加(p＜0.05)。

与对照相比，SP1植株叶片POD活性变异幅度和变异系数显著增大。SP1代24个株系之间的差异显著，其中最小值为185.185μg/g，最大值为491.852μg/g，最大值是最小值的两倍以上。试验组比对照组POD活性增加66.1％，方差分析表明航天诱变后植株叶片POD活性显著增加(p＜0.01)。

与对照相比，SP1植株叶片过氧化氢酶(CAT)活性的变异系数变化不大。SP1代24个株系之间的差异显著，最大值为320.444U/(g·min)，最小为119.556U/(g·min)，最大值是最小值的两倍以上。试验组与对照组相比CAT活性增加87.6％，方差分析表明航天诱变后植株叶片CAT活性显著增加(p＜0.01)。

表3 航天搭载对须苞石竹SP1植株叶片中抗氧化酶活性的影响

综上所述，SP1代植株叶片中SOD、POD、CAT活性均高于对照组，增加幅度分别为9.8％、66.1％、87.6％，说明空间环境对SP1代植株叶片SOD活性的影响最小，其次是POD，影响最大的是CAT。

3 结论与讨论

与对照相比，经第21颗返回式卫星搭载诱变的须苞石竹种子经过繁殖后，SP1代植株叶绿素a和叶绿素b的质量分数显著下降，而叶绿素a/b的比值和脯氨酸质量分数差异均不显著，抗氧化酶活性和丙二醛质量摩尔浓度显著升高。

空间环境对植物的诱变效应差异很大:卫星搭载非洲菊SP1代植株叶绿素a、b质量分数均降低，但叶绿素a/b比值明显升高[14];草地早熟禾SP1代株系与对照相比叶绿素a和叶绿素b质量分数均降低，但是叶绿素a/b比值变化不大[15]，草地早熟禾的变化规律与本研究结果一致。

薛淮等研究表明，航天处理月季组培苗叶片中 SOD、CAT、POD酶活性比对照增加，MDA质量分数下降[16]。抗氧化酶活性的变化规律与本研究结果相同，而丙二醛(MDA)质量摩尔浓度的变化规律却存在差异。

MDA是膜脂过氧化作用的产物之一，通常将其作为脂质过氧化损伤的指标，MDA积累越多，说明细胞膜脂过氧化程度越高[17]。本试验结果显示，经空间搭载的植株叶片MDA质量摩尔浓度与未搭载的地面对照相比有显著提高，可以推测空间环境对须苞石竹细胞膜损伤严重。

SOD、CAT和POD与未搭载的地面对照相比都有明显的提高，SOD、CAT和POD作为氧自由基的清除剂，三者协调一致，在没有遇到极端的条件下，植物体内活性氧的产生与清除处于平衡状态，并且自由基维持在一个低水平上，从而防止自由基对植物细胞的伤害。若植物受到逆境胁迫时，植物体内活性氧代谢系统的平衡受到影响，增加了自由基的产生量，植物体通过保护酶活性或稳定性的增加提高清除自由基的能力[18-20]。由于强辐射、微重力、高真空、弱磁场等宇宙空间特殊环境极其复杂，物理因素很多，究竟哪些因素对须苞石竹诱变起主导作用还很难确定，尚有待今后进一步研究。

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Cytological Effect of Space Flight on Physiological Indexes and Antioxidant Enzymes of SP1Generation of Dianthus barbatus

/Zhang Jianfang(College of Landscape Architecture，Sichuan Agricultural University，Chengdu 611134，P.R.China);Yang Xuejun(Beijing Research and Development Center for Grasses and Environment，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences);Pan Yuanzhi(Sichuan Agricultural University);Teng Wenjun，Yuan Xiaohuan，Chao Gongping，Wu Juying(Beijing Research and Development Center for Grasses and Environment，Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences)//Journal of Northeast Forestry University.-2011，39(6).-24～25，37

Space flight;Dianthus barbatus;Chlorophyll;Antioxidant enzymes;MDA;Proline

S722.3+5

张建芳，男，1982年2月生，四川农业大学风景园林学院，硕士研究生。

潘远智，四川农业大学风景园林学院，教授;E-mail:scpyzls@163.com。

2010年11月15日。

责任编辑:李金荣。

Dry seeds of Dianthus barbatus L.were carried by China’s 21st recoverable satellite to study the effects of mutagenesis caused by space flight.Then the seeds were sowed and cultivated in the field.Contents of chlorophyll-a，chlorophyll-b，MDA and proline as well as activities of SOD，POD，CAT in D.barbatus seedlings were determined to discuss the cytological effect of space flight.Results indicated that，compared with the non-radiated seedlings，the contents of chlorophyll-a and chlorophyll-b of the radiated seedlings were lower，and the activities of SOD，POD，CAT and the MDA content were obviously higher.Proline content and chlorophyll a/b ratio did not change significantly.