近年来，国内外研究证明：特殊的空间条件如宇宙辐射、高真空、重粒子、微重力和交变磁场等太空独有的多种因素的综合作用，对生物生长、发育、生殖、遗传及衰老等方面都有较为深刻的影响。植物种子经过空间飞行后返地发芽，可产生大量的生理性变异或遗传性变异(蒋兴村，1996；邓立平等，1996)。自1987年以来，我国已成功地利用返回式卫星先后搭载了小麦(Triticum aestivum)、水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)、棉花(Gossypium spp.)、大豆(Glycine max)、番茄(Solanum lycopersicum)等重要农作物种子，并选育了一批优良品系(蒋兴村，1996)，为空间技术在农业上的应用开辟了新的领域，但目前在林木方面鲜有报道。将太空诱变育种技术引入到林业研究中，对选育林木新品种不失为一种值得尝试的新途径。

本研究将太空飞行处理的大青杨(Populus ussuriensis)种子返地育苗后，以其扦插苗为材料，对幼苗的生长及抗氧化酶生化指标进行检测，以期为航天技术应用于林木新品种培育提供参考。

1 材料与方法 1.1 试验材料的获取及处理

大青杨搭载采种地点为朗乡林业局大西北岔林场，于2003年11月4日15：00搭载第18颗返回式卫星，飞行18天后返回地面。于21日10：04在四川中部地区成功回收，飞行高度：近地点200 km，远地点350 km。2004年5月将航天诱变种子和对照种子同时进行温室育苗，并移栽至朗乡林业局英山苗圃。2007年3月底，从3年生大青杨航天诱变苗和对照苗的侧枝采插条，其中诱变苗80株，对照苗各40株。每株各取3个插段作为1个无性系进行扦插。本研究随机选取扦插后生长初期的长势均匀的大青杨航天诱变苗5个无性系及对照苗5个无性系，对其在生长初期进行生物量(扦插后1个月和6个月)及抗氧化指标(扦插后1个月)的测定。

1.2 抗氧化酶生化指标测定方法

超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮蓝四唑法测定(Giannopolitis et al., 1977)；抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性的测定，采用的Amako等(1994)的方法进行；愈创木酚过氧化物酶(POD)活性和MDA含量的测定参照Cakmak等(1992)的方法；可溶性蛋白的提取及测定采用Brandford法(汪家政等，2000)。

2 结果与分析 2.1 大青杨航天诱变苗及对照苗各生长性状比较

对不同生长阶段(扦插后1个月及6个月)的大青杨航天诱变苗及地面对照的株高、最大叶长、最大叶宽等3项生长性状进行比较(图 1~3)。结果发现扦插后1个月时，大青杨航天诱变苗3项生长性状均略高于地面对照，但是与地面对照差异未达到显著水平(F值分别为0.01，2.323，0.148，P>0.05)。然而，大青杨航天诱变苗及地面对照苗6个月时，地面对照苗的3项生长性状均呈现高于同时期航天诱变苗的趋势，但方差分析可知差异未达显著水平(F值分别为2.767，2.356，2.103，P>0.05)。这可能表明经航天诱变的大青杨幼苗在生长初期一定程度上生长速度较快，但是随着生长，优势逐渐减弱。这与李源祥等(2002)发现的赣早籼47号航天诱变后株高出现了地面理化诱变无法设想的超高植株的结果略有偏差，这可能与试验材料不同有关。

2.2 航天诱变对几种抗氧化酶影响分析

1) 抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性分析抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)是植物对膜脂过氧化酶促防御体系中重要的保护酶，也是ASA-GAH氧化还原途径的重要组分之一(刘招龙等，2006)。本研究中，除83号外，经航天搭载的大青杨苗木叶片中APX活性均高于地面对照(图 4)；其中，航天苗叶片APX活性为0.57~3.48 μmol·min^-1g^-1FW，而地面对照的大青杨叶片中APX活性为0.62~1.04 μmol·min^-1g^-1FW。方差分析可知：经航天搭载的大青杨苗木叶片中APX活性与地面对照的活性差异达到显著水平(P＜0.05)，说明大青杨苗木在受到空间环境的胁迫时，APX对空间逆境胁迫活性氧的累积产生响应，使得活性上升，进而对细胞起到保护作用。

2) 过氧化物酶(POD)活性分析POD是植物对环境适应性作出灵敏反应的生化指标(梅慧生，1981)。本研究中，经航天搭载大青杨苗木叶片中POD活性总体低于地面对照(图 5)；其中，航天苗中叶片POD活性为0.10~0.31 μmol·min^-1g^-1FW，而地面对照的大青杨叶片中POD活性为0.17~0.57 μmol·min^-1g^-1FW。方差分析可知：经航天搭载大青杨苗木叶片中POD活性与地面对照活性差异达到显著水平(P＜0.05)，说明大青杨苗木在空间环境的胁迫下POD酶活性迅速下降，平均比对照降低了117.35%，这可能是大青杨苗木在一定程度上受到外太空逆境胁迫的反应。

3) 可溶性蛋白质含量分析蛋白质是细胞结构中最重要的成分，植物体内可溶性蛋白质含量与抗病性有一定的关系。本试验研究发现(图 6)，经航天搭载大青杨苗木与地面对照叶片中可溶性蛋白质的含量相比变化不一，分别介于0.25~0.98和0.26~0.76 μmol·g^-1FW之间，可能由于不同苗木的敏感度不同，因此受空间环境影响后大青杨可溶性蛋白质的含量变化不一。经方差分析可知：2者间可溶性蛋白质的含量差异未达显著性水平(P>0.05)。但航天搭载大青杨的可溶性蛋白质的含量均值仍略高于地面对照。这可能是因为受到空间环境影响的大青杨体内可溶性蛋白含量一定程度的增加，有利于提高自身细胞渗透调节能力，表现出抗逆性的生理特点。

4) 超氧化物歧化酶(SOD)活性分析超氧化物歧化酶能防御活性氧或其他过氧化物自由基对细胞膜系统的伤害，是有机体防御机制中1个很重要的保护成分，因此，其活性与植物抗性密切相关。本研究中，航天搭载大青杨1个月生苗木叶片中SOD活性，除83号外整体略高于地面对照(图 7)。其中，航天搭载的大青杨1个月生苗木叶片中SOD活性介于0.28~6.88 U·g^-1FW之间，地面对照介于3.61~6.81 U·g^-1FW之间。方差分析可知：航天搭载的大青杨1个月生苗木叶片中SOD活性与地面对照差异未达显著性水平(P>0.05)，说明航天搭载大青杨叶片SOD活性与地面对照差异很小。有研究者在对航天搭载白桦当代2年生苗木SOD活性的研究中也发现，航天搭载白桦的SOD活性与地面对照的差异变小，与第1年相比呈现上升趋势，且呈现出高于地面对照的趋势(姜莹，2006)。

5) 丙二醛(MDA)含量分析丙二醛(Malondialdehyde，MDA)是自由基对细胞膜脂过氧化伤害的最终产物之一，其含量介于0.29~0.36 μmol·g^-1FW之间，而地面对照苗木叶片的MDA含量介于0.21~0.29 μmol·g^-1FW之间，除航天苗32号外，其余航天搭载后大青杨当代2年生苗叶片MDA含量均高于地面对照，可能是由于大青杨苗木对空间环境的影响较为敏感，受到空间环境一定程度的胁迫作用，使得航天搭载后的大青杨各家系受到不同程度的损伤。方差分析可知：航天搭载当代大青杨1个月生苗木叶片中MDA含量与地面对照差异未达显著性水平(P>0.05)，说明空间环境对大青杨苗木细胞膜影响并不严重。

2.3 相关分析

通过对航天搭载大青杨苗木以及地面对照苗木的生物量及抗氧化酶生化指标数据的相关性分析，由表 1可知，本研究中所测数据部分之间达到显著或者极显著的相关关系。其中，1月龄植株的株高与最大叶长、6月龄植株的株高、最大叶长及最大叶宽间均达到显著或者极显著的正相关关系，说明1项指标会随着另1项指标的增加而变大。而1月龄的株高、最大叶长与6月龄的3项生物量指标间呈显著或极显著的负相关关系，其原因可能是在扦插1个月时，植株受空间环境的影响较大，与地面对照相比生长较为迅速；而6个月时这种优势不再明显，3项生物量指标略低于同一时间的地面对照，因此，可能导致1月龄大青杨幼苗与6月龄幼苗呈负相关关系。在抗氧化指标中，POD与1月龄大青杨3项生物量指标呈显著的正相关关系，这有利于防御活性氧对细胞膜系统的伤害。

3 讨论

航天育种与传统的辐射诱变育种比较具有变异频率高、变异幅度大的特点(刘庆昌，2007)。同时，在太空环境下使生物本身的遗传物质载体——染色体产生缺失、重复、移位、倒置等而引起一系列遗传和代谢途径上的基因突变，这种突变加速了生物界在自然选择压力下需要几百年上千年甚至更长时间才能产生的遗传变异的时间进程。由于性细胞突变频率要高于体细胞的突变频率，因此，诱发突变时经常采用性细胞作为材料，以提高诱发频率。目前，诸多研究认为太空诱变可使植株生育进程等重要性状发生变异，且对种子及植株的损伤小，为选育新品种提供了可能性。

本研究中经航天搭载的大青杨种子培育出的Sp1代长出的1月龄和6月龄生幼苗株高、最大叶长及最大叶宽等3项生长性状与地面对照之间差异未达显著水平，这与蒲晓斌等(2006)对太空诱变后甘蓝型油菜当代(SP1)观测到性状变异的研究中也认为与对照相比没有变化结论相一致。经航天搭载的大青杨1月龄生幼苗略微高于同时期的地面对照；而生长到6个月的时候，地面对照的幼苗3项生长性状略高于航天搭载的幼苗，这可能预示本研究中试验材料受地面环境影响后空间对其造成的优势略有下降。太空诱变的确可以导致变异的高频发生，对选育突破性林木新品种不失为一种新途径。

空间环境中的微重力、宇宙射线、宇宙磁场等条件对于地球上正常生长的植物来说是逆境胁迫条件，这种逆境可能引起植物保护酶活性的改变。本研究中，大青杨叶片中APX，SOD，POD等3种抗氧化酶经空间诱导后，与地面对照相比活性均有不同程度的改变，除SOD外其余酶活性差异均达到显著水平，这与吴岳轩等(1998)发现的航天诱导后对番茄幼苗体内抗氧化酶活性有不同程度提高的部分结论相一致。这可能预示空间的复杂环境对大青杨造成一定的影响，而抗氧化酶活性的提高有利于防御活性氧对植株细胞的伤害。抗氧化酶活性本文仅考察了叶片生长到1个月时的情况。对于苗木生长到6个月时，由于大青杨的跟踪叶片革质化，背景值高，以至于酶的活性数据缺乏可靠性，在今后的研究中将设法得到有效数据，使抗氧化酶活性与生长指标的变化相对应，进而能够较为完整地阐明酶活性与生长指标对航天诱变的响应。

目前航空诱变的效果仍然存在争论。例如，李源祥等(2002)对赣早籼47号空间诱变的性状变异研究认为空间诱变对其抗病性等农艺性状表现为一定的正优势影响。而程西永等(2007)对2个小麦品种(系)空间诱变后种子的农艺性状研究发现2个品种(系)的变异方向存在差异；其中，1个变异株系的性状指标多数表现为增加，而另1个的性状指标多数表现为减少。甚至也有学者认为空间的微重力没有影响到植株诱导突变频率(Takahashi et al., 2001；Ohnishi et al., 2001)。由于空间环境条件极为复杂，诱变因素很多，哪些因素起主导作用难以确定，常常导致航天诱变结果具有不确定性。而发生变异的性状是否具有时效性、是否能够稳定遗传，还需要配以分子生物学技术进行进一步的选择与鉴定。