劉乃新 ，吳則東 ，王華忠

（1.黑龍江省普通高等學(xué)校甜菜遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150080；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甜菜研究所/黑龍江大學(xué)農(nóng)作物研究院，哈爾濱 150080；3.農(nóng)業(yè)部甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，哈爾濱 150080）

利用返回式衛(wèi)星等所能到達(dá)的空間環(huán)境對(duì)植物（種子）的誘變作用產(chǎn)生有益的變異，在地面選育植物新種質(zhì)、新材料，培育新品種的高新技術(shù)育種途徑和方法，稱(chēng)為航天育種或空間誘變育種[1]。自1987年以來(lái)，在國(guó)家863計(jì)劃和重點(diǎn)攻關(guān)等項(xiàng)目的資助下，我國(guó)科學(xué)工作者15次利用返回式衛(wèi)星和神舟飛船搭載植物種子，經(jīng)多年地面種植篩選，先后育成60多個(gè)農(nóng)作物優(yōu)異新種質(zhì)、新品系并進(jìn)入省級(jí)以上品種區(qū)域試驗(yàn)，其中已通過(guò)國(guó)家或省級(jí)審定的新品種或新組合20個(gè)，包括水稻13個(gè)、小麥3個(gè)、番茄2個(gè)、青椒和芝麻各1個(gè)，并從中獲得了一些有可能對(duì)產(chǎn)量有突破性影響的罕見(jiàn)突變[2]，其中包括水稻、小麥、番茄、青椒和芝麻在內(nèi)的30多個(gè)新品種或新組合已通過(guò)國(guó)家或省級(jí)審定，并已進(jìn)入市場(chǎng)推廣。而關(guān)于航天育種誘變機(jī)理的研究也在很多作物間展開(kāi)，目前多集中在同工酶電泳及分子標(biāo)記譜帶的差異，但是對(duì)航天誘變后激素含量差異的研究還少見(jiàn)有報(bào)道，為此本文通過(guò)對(duì)航天誘變甜菜在花期幾種激素含量變化的比較研究，為闡明航天誘變的機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

實(shí)驗(yàn)組的甜菜種子于2006年9月9日15時(shí)，由我國(guó)自行研制的“實(shí)踐八號(hào)”航天育種衛(wèi)星搭載長(zhǎng)征二號(hào)丙運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心升空，“實(shí)踐八號(hào)”育種衛(wèi)星返回艙經(jīng)過(guò)15d的在軌飛行，于2006年9月24日上午10點(diǎn)42分，在四川省遂寧地區(qū)安全回收。本次實(shí)驗(yàn)研究的材料為3個(gè)優(yōu)良的四倍體品系，航天誘變品系分別命名為H1、H2和H3，其對(duì)照分別為CK1、CK2和CK3，其中航天品系當(dāng)年在海南培育母根，2007年在農(nóng)村隔離采種，每個(gè)航天誘變的品系選取1株外形變異較大的留種，并和對(duì)照種子當(dāng)年在山東培育母根，2008年4月20日分別栽植航天誘變品系及對(duì)照母根，2008年7月4日上午取樣，各材料分別選取10株生長(zhǎng)健壯的個(gè)體，分別取未開(kāi)放的花蕾和葉片作為實(shí)驗(yàn)材料。

1.2 測(cè)定方法

1.2.1 激素的制備 將花蕾及葉片各稱(chēng)1g，加2mL樣品提取液，在冰浴下研磨成勻漿，轉(zhuǎn)入10mL試管，再用2mL提取液分次將研缽沖洗干凈，一并轉(zhuǎn)入試管中，搖勻后放置在4℃冰箱中提取4h，4000r/min離心15min（實(shí)驗(yàn)中離心機(jī)型號(hào)為L(zhǎng)DZ5-2），取上清液。沉淀中加1mL提取液，攪勻，置4℃下再提取1h，離心，合并上清液并記錄體積，殘?jiān)鼦壢?。用氮?dú)獯蹈?，除去提取液中的甲醇，用樣品稀釋液定容?/p>

1.2.2 激素含量的測(cè)定 試劑盒由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)作物化控研究室提供，激素的測(cè)定采用間接酶聯(lián)免疫法（ELISA），酶標(biāo)儀的型號(hào)為T(mén)hermo Multiskan MK3，間接法的原理可用公式表示：Ab+H+HP=AbH+AbHP

其中Ab表示抗體，H表示游離激素，HP表示吸附在板上的激素－蛋白質(zhì)復(fù)合物。根據(jù)質(zhì)量作用定律，當(dāng)該反應(yīng)體系中Ab及HP的量確定時(shí)，游離H越多，結(jié)合物AbH形成的就越多，而AbHP形成的就越少，即結(jié)合在板上的抗體就越少，通過(guò)酶標(biāo)二抗檢測(cè)結(jié)合物AbHP的多少，就可以確定游離H量的多少。

1.2.3 結(jié)果計(jì)算 本試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)樣品的OD值與濃度的自然對(duì)數(shù)做一元三次線性方程。曲線的橫坐標(biāo)用激素標(biāo)樣各濃度（ng/mL）的自然對(duì)數(shù)表示，縱坐標(biāo)用各濃度顯色值表示。樣品的濃度依據(jù)樣品的OD值帶入方程求得樣品的激素含量，結(jié)果取3次平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 航天誘變甜菜及其對(duì)照品系花期ZR含量的差異

航天誘變甜菜及其對(duì)照品系花期葉片ZR含量的差異見(jiàn)圖1-1，從圖1-1我們可以看出，3個(gè)品系航天及其對(duì)照表現(xiàn)并不一致，其中H1和H3均表現(xiàn)為航天品系葉片ZR含量高于對(duì)照，而2號(hào)品系則表現(xiàn)為航天品系的ZR含量遠(yuǎn)低于對(duì)照，且差異達(dá)到了4倍左右。航天誘變甜菜及其對(duì)照品系花蕾ZR含量的差異見(jiàn)圖1-2，從圖1-2我們可以看出，3個(gè)品系航天及其對(duì)照表現(xiàn)結(jié)果一致，均表現(xiàn)為航天品系ZR含量高于對(duì)照，且H2花蕾中ZR的含量超過(guò)了CK2的2倍，差異極顯著。從圖1-1和圖1-2對(duì)照來(lái)看，花蕾中ZR的含量除了CK2外，其余均高于葉片中ZR的含量，且有的差異顯著。這點(diǎn)與航天誘變番茄突變體MS1相同[3]。

圖1-1 航天誘變甜菜及其對(duì)照葉片ZR含量的差異

圖1-2 航天誘變甜菜及其對(duì)照花蕾ZR含量的差異

2.2 航天誘變甜菜及其對(duì)照品系花期IAA含量的差異

從圖2-1我們可以看出，3個(gè)不同甜菜品系均表現(xiàn)為航天品系葉片中IAA的含量高于對(duì)照，且H2及H3號(hào)與對(duì)照IAA含量的差異極顯著。從圖2-2我們可以看出，3個(gè)不同航天誘變甜菜品系與其對(duì)照在花蕾中IAA含量的差異的表現(xiàn)與葉片中相似，均表現(xiàn)為航天品系高于對(duì)照。而且從兩個(gè)圖的對(duì)比也可以看出，每個(gè)品系花蕾中IAA的含量均明顯高于葉片。

2.3 航天誘變甜菜及其對(duì)照品系花期ABA含量的差異

從圖3－1、3－2可以看出，在葉片中，3個(gè)不同甜菜品系均表現(xiàn)為航天處理ABA的含量高于對(duì)照；但在花蕾中的表現(xiàn)卻不同，除了H1花蕾中ABA的含量遠(yuǎn)高于對(duì)照外，H2及H3花蕾中ABA的含量均低于對(duì)照品系，且H3與其對(duì)照花蕾中ABA的含量差異顯著。

2.4 航天誘變甜菜及其對(duì)照品系花期GA3含量的差異

從圖4-1可以看出，3個(gè)甜菜品系均表現(xiàn)為航天品系葉片中的GA3含量均高于其對(duì)照品系，只是H1與對(duì)照之間的差異不大。而從圖4-2我們可以看出，H1和H2花蕾中GA3含量的表現(xiàn)與葉片中相同，均表現(xiàn)為航天品系花蕾中GA3的含量高于對(duì)照品系，且差異顯著，而H3花蕾中GA3含量則與葉片中相反，表現(xiàn)為航天處理中GA3的含量低于對(duì)照，但依然差異不大。

3 航天誘變機(jī)理的討論

植物內(nèi)源激素是植物體內(nèi)代謝反應(yīng)的產(chǎn)物，它產(chǎn)生于植物本身，同時(shí)又在不同水平上對(duì)植物的生長(zhǎng)發(fā)育和生命活動(dòng)進(jìn)行調(diào)控。目前認(rèn)為激素是植物信號(hào)傳導(dǎo)最重要的調(diào)節(jié)因子。許多研究結(jié)果表明，激素處理能誘導(dǎo)新的mRNA和蛋白質(zhì)的合成，說(shuō)明激素的許多作用是通過(guò)調(diào)節(jié)基因表達(dá)的方式實(shí)現(xiàn)的[4]。不同的激素具有不同的功能，IAA具有使細(xì)胞伸長(zhǎng)，及改變基因表達(dá)的作用；GA3具有許多生理作用，研究最多的是誘導(dǎo)禾谷類(lèi)α-淀粉酶的合成和釋放、莖的延長(zhǎng)和開(kāi)花等等[5]。促進(jìn)莖延長(zhǎng)是與細(xì)胞壁伸展性有關(guān)，細(xì)胞伸展的形狀和方向決定于細(xì)胞壁，當(dāng)它們與細(xì)胞長(zhǎng)軸呈橫向排列時(shí)，就會(huì)使細(xì)胞延長(zhǎng)[6]。而植物的生長(zhǎng)發(fā)育是各種因素綜合作用的結(jié)果，內(nèi)源激素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)節(jié)作用也是一個(gè)相互協(xié)調(diào)的過(guò)程。研究表明，IAA和GA3均有促進(jìn)植物生長(zhǎng)的效應(yīng)，而ABA均能拮抗這兩者的促進(jìn)效應(yīng)。

從本文的研究結(jié)果來(lái)看，航天誘變的3個(gè)四倍體品系在花期葉片及花蕾中4種激素水平較之對(duì)照均發(fā)生了變化，但不同的品系變化不同，1號(hào)品系無(wú)論是在葉片還是在花蕾中，均表現(xiàn)為航天誘變處理后4種激素的含量高于對(duì)照；而2號(hào)品系航天誘變處理后不論在葉片還是在花蕾中，均表現(xiàn)為IAA和GA3含量高于對(duì)照，而另外兩種激素葉片和花蕾的表現(xiàn)正好相反；而3號(hào)品系航天誘變處理后花期不論在葉片還是在花蕾中，均表現(xiàn)為IAA和ZR含量高于對(duì)照，而另外兩種激素葉片和花蕾的表現(xiàn)正好相反。說(shuō)明了航天誘變處理對(duì)于不同的品系表現(xiàn)不同。這可能是因?yàn)樘蛰椛湔T變是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，首先射線的能量沉積在物質(zhì)上，引起物質(zhì)的原子和分子的激發(fā)與電離，電離過(guò)程隨后形成自由基，自由基與DNA作用可以引起DNA多種類(lèi)型的損傷，包括堿基變化、脫落、氫鍵的斷裂、單雙鍵斷裂、DNA及蛋白質(zhì)分子內(nèi)和分子之間的交聯(lián)[7,8]?？臻g環(huán)境不僅可以導(dǎo)致基因組DNA的堿基變異，并可造成DNA的斷裂和重組，從而誘發(fā)可遺傳變異；研究還發(fā)現(xiàn)，植物中存在大量轉(zhuǎn)座子序列和逆轉(zhuǎn)座子序列，太空環(huán)境可使轉(zhuǎn)座子激活，活化的轉(zhuǎn)座子通過(guò)移位、插入和丟失，導(dǎo)致基因的變異和染色體的變異遺傳給后代[2]。另外航天器搭載的植物種子還要受到其他因素的作用，如大氣結(jié)構(gòu)、高真空、交變磁場(chǎng)、太空低壓力、低氣溫等以及在起飛時(shí)的強(qiáng)振動(dòng)和落地時(shí)的強(qiáng)沖擊。這些因素也可能引起生物體內(nèi)遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變而產(chǎn)生變異[9]。所以，航天過(guò)程的條件極為復(fù)雜，能夠使植物遺傳性發(fā)生變異常常是以微重力和強(qiáng)輻射為主要因素的多因素的綜合效應(yīng)。因此從我們對(duì)3個(gè)不同甜菜航天誘變品系花期葉片及花蕾中4種激素含量的測(cè)定可以得知，經(jīng)過(guò)空間復(fù)雜的環(huán)境條件的誘變，誘變的不同品系的與對(duì)照植株發(fā)生了很大的變化，但是不同品系之間的變化卻有很大的不同，說(shuō)明在空間復(fù)雜的環(huán)境條件下，不同的個(gè)體變體是多樣的，想要闡明其突變的機(jī)理還需要做更進(jìn)一步的研究。

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