空间诱变育种摘要：随着科技的发展，我们对于地球外的探索越来越多，宇宙空间存在着微重力、高真空、地球上的环境条件大不相同。

研究和利用这些特殊条件对地球生物的影响, 是各国科学家们关注的问题之一。

利用空间条件进行物种的诱变选育，也成为热门的科题之一。

关键词：太空育种，诱变选育，高新技术。

自开始太空探索以来，人们一直致力于研究太空特殊的环境条件，如微重力、辐射等对各种生物系统的影响。

其原因不仅仅是因为这些研究的结果可增加人类对太空环境因素作用特点的了解，从而有助于解决一些生物学上的基本问题，更重要的是这些结果将为保障征服宇宙太空的宇航人员的安全和健康提供必要的生物学基础和依据。

20世纪60年代以来，国内外纷纷把动物、植物、微生物置于卫星、飞船、航天飞机中，以观察其变化。

随着“神五”、“神六”的成功飞天, 人们对太空育种这个概念也日渐熟悉。

1.太空诱变育种太空诱变育种也被称为航天育种, 科学的提法则是“空间诱变育种” , 也就是将农作物种子送到太空, 利用太空特殊的环境诱变作用, 使种子产生变异, 再返回地面选育新种子、新材料,培育新品种的育种新技术。

它是综合了宇航、遗传、辐射、育种等学科的高新技术。

与传统方法相比，太空诱变育种具有以下优势：部分品种变异频率高，变异幅度大，有益变异增多，育种周期短，诱变后代群体间出现一些有利的特殊变异体，不需要人为设置可污染环境的诱变源等。

2.育种过程复杂艰辛太空育种能缩短育种周期，常规育种一般需8年左右，太空育种可缩短一半时间。

但如果你认为只要种子在天上转一圈就变大变好，那就太理想化了。

实际上，一次完整的太空育种过程应包括“筛选种子、空间诱变、地面选育”3个阶段。

“筛选种子”就是要进行种子的纯度检测，选择遗传性稳定、综合性能好的种子，一部分搭载上空，另一部分留在地面，将从太空回来的种子和留在地面的种子同时平行对照种植，以便进行外观、抗病等性状对比。

“空间诱变”就是利用卫星和飞船等返回式太空飞行器将种子带上200 km～400 km的高空，利用太空特有的各种环境条件及其综合效应对种子染色体进行诱变，产生各式基因变异。

“地面选育”就是将诱变后的种子播种下去，从第2代开始筛选优良突变单株，然后将选出的种子再播种、筛选，让它们自交繁殖，如此繁育4代以上并进行严格的品系鉴定和规范的区域化试验，才有可能最终获得遗传性状优良、稳定的突变品系。

3.诱变机理莫衷一是一般认为，由于太空中的高真空、微重力、高辐射、弱地磁、超洁净、大温差等因素以及发射、着陆时的剧烈震荡，使生物体内DNA链上的基因组发生缺失、重复、易位或倒置，进而产生一些高频度、大幅度的遗传性状突变，如株高变异、株形变异、穗形变异、粒形变异、果型变异、分蘖变异、营养成分变异、生长周期变异、抗逆性变异等。

其中，高能粒子辐射能引起生物体DNA损伤而产生可遗传的变异，微重力能增强生物体对诱变的敏感性，干扰DNA损伤修复系统的正常运转，影响激素、Ca2+等的分布。

有人对此提出疑问：几十年来在地面上一直进行的用放射源来诱导变异的辐射育种为什么一直鲜有成功案例?太空舱具有极佳的屏蔽性能，舱内种子怎能获得宇宙高能粒子射线?种子在吸水萌动前处于休眠状态，细胞的生命活动暂时中止，如何感受失重?由于太空环境的复杂和对太空诱变机理认识的局限，太空育种的确有一定的盲目性，空间诱变涉及的因素很多，究竟哪些因素起主导作用，作用的机理如何，有待更深入的研究。

只有摸清不同单独因子和复合因子的诱变规律，才能尽快实现定向诱变和扩大诱变效果。

4.太空育种应用广泛据《科学时报》报道, 由于空间特殊条件能够引起植物种子后代众多的变异, 为农作物诱变育种开创了一个新的途径。

1987年以来, 我国先后将50多种农作物种子、300多个品种搭载返回卫星和高空气球, 从中选育出丰产、抗病、优质的水稻新品系, 能恢复釉稻不育系的粳稻恢复系材料, 果大500克以上的青椒新品系, 抗病、优质的番茄新品系, 大荚型油菜新类型, 果大一倍的白莲种子和百合鳞茎。

早在20世纪50年代, 科学家们就开始利用卫星搭载研究太空特殊条件对植物的生长、发育、衰老及遗传特性的影响。

可见, 植物种子经空间搭载实验具有良好的应用性。

5.我国空间诱变育种研究与进展我国是人口大国，也是农业大国。

在有限的资源条件下，农作物品种改良是提高农业产量的有效途径之一。

其中空间诱变育种，也称太空育种，是利用航天技术，通过返回式航天器（卫星或飞船），将农作物种子、种苗和菌种带到180～400km 太空，经过太空中的宇宙射线、微重力、重粒子、高真空、交变磁场等特殊空间环境条件处理，使种子、种苗和菌种发生基因突变，再返回地面种植，筛选出有益变异的植株或芽体，进一步选育新种质或培育出新品种、新品系，不仅可以提高产量、改良品质，而且可以缩短育种时间，更好地为农业增产、农业增效和农民增收服务。

我国是目前世界上有能力发射返回式卫星的三个国家之一，并且空间诱变育种研究水平已达到世界先进水平。

空间诱变育种研究始于1987 年，先后成功的利用返回式卫星（11 次）和飞船（5 次）进行生物搭载试验，主要包括水稻、小麦、棉花、番茄、青椒、芝麻等作物和昆虫、菌类、藻类等2 000 多种，约200kg，育成农作物优异新品种、新品系60 多个，其中水稻、小麦、棉花、芝麻、番茄、青椒等20 个新品种已通过省级以上审定，即水稻7 个、小麦2 个、棉花2 个、芝麻1 个、青椒1 个、番茄1 个、西瓜3 个、莲籽3 个等。

2006 年9月9 日15 时，我国在酒泉卫星发射中心用“长征二号丙”运载火箭成功发射“实践八号”育种卫星。

卫星主要用于空间诱变育种试验和研究。

各地试验研究表明，空间诱变育种是集太空育种技术与农业育种技术相结合的高技术育种新途径，具有明显加快育种进程，缩短育种周期，提高育种效益等作用。

空间诱变育种研究选育一批农作物新品种、新品系，而且在机理研究上也取得了可喜进展。

四川省农业科学院生物技术核技术研究所利用AFLP 分子标记的方法对水稻空间诱变突变体及亲本进行基因组对比分析，找出突变体多态性DNA 片段，经过一系列引物筛选，找到了五条多态性DNA 条带，对开展突变体基因功能研究和水稻杂种优势利用有重要意义。

广东省农业科学院水稻研究所通过对水稻培矮64S 的空间诱变效应研究，从SP3 代中获得了柱头比培矮64S 明显增大的变异株系，并对10个SP3 变异株进行SSR 分析，其变异频率为18.97%～36.21%，平均为28.97%。

中国科学院遗传与发育生物学研究所以“神舟三号”飞船搭载的树莓试管苗和“神舟四号”飞船搭载的月季试管苗为材料，研究发现树莓和月季试管苗叶片细胞形状、叶绿体、线粒体细胞超微结构发生较大变化。

空间处理后月季试管苗叶片中SOD、CAT 及POD 三种保护酶的活性均有增加，丙二醛的含量下降。

空间处理后的树莓和地面对照，月季和地面对照进行RAPD 分子标记检测，均扩增出多态性带，空间条件有可能导致植物DNA 水平上的变化。

他们还利用俄罗斯和平号空间站搭载6 年的番茄种子地面种植，进行RAPD 检测，结果表明：40 个随机引物中，31 个引物扩增DNA 带型一致，9 个引物扩增的DNA 带型表明多态性。

空间搭载的番茄和对照比较扩增带型均出现差异，且空间搭载的番茄之间的带型也不同。

和地面对照比较，空间搭载的番茄中5 号植株的DNA 变异程度最大，3 号植株变异程度最小。

结论是长时间空间飞行可引起番茄遗传物质DNA 水平上的变异。

浙江大学、西华师范大学、哈尔滨师范大学、黑龙江省农业科学院和湖南省农业科学院等单位，分别围绕水稻、辣椒、凤仙花、紫花苜蓿等，从细胞学和分子生物学方面研究其遗传变异，使空间诱变育种研究提高到了一个新水平。

6.正确的对待态度空间诱变育种是一项科学性强的高科技育种手段,必须以科学的态度对待。

首先, 空间诱变不全是正变异。

目前, 社会上在空间诱变育种中存在着一种错误说法,似乎种子一经太空搭载, 就会出现大果型等优良性状, 这并不符合客观事实。

另外, 种子经太空搭载后返地面种植第一代时, 发生的变异可分为生理性变异和遗传性变异。

由于太空环境对正常的种子、种苗来说是一个逆境环境, 因此种子在搭载后在地面种植时, 一部分会产生逆境生理性变异, 如植株性状大小的改变等, 但这种变化仅仅是生理上的变化, 是不可遗传的, 在种植一代后就会消失。

另一种变异是遗传性变异, 是由于发生了断裂重组, 这些变化是可以遗传给后代的。

在地面种植第一代时, 生理性变异与遗传性变异用肉眼很难区分,必须采用分子标记检测的手段加以区分。

空间搭载的种子一定要经过地面不少于代的种植, 优良性状才可以基本稳定。

这一点对于从事空间诱变育种工作至关重要, 不能在第一代出现了变异植株就视为已获得了空间诱变的优良品种, 这是极不负责任的, 也是不科学的其实, 空间诱变育种的选育方向是多元化的, 比如抗性筛选、株型筛选、果型筛选, 尤其是抗性筛选很重要。

从我国一些地方空间育种的实验结果来看, 就出现了抗盐碱、抗病等优良性状, 但果型没有什么大的变化。

需要特别说明的是, 空间诱变育种并不是唯一的育种手段, 该项技术由于必须有卫星、飞船及高空气球的空间飞行条件, 所以属于高科技育种手段,但又因为这种空间飞行机会较少, 同时要受到重量体积等条件限制, 所以不能广泛应用在育种工作中。

这是空间诱变育种的缺憾。

7. 发展前景灿烂光明由于盲目开垦、过度放牧和水土流失，我国的草地退化速度惊人，土地沙化、盐碱化情况严重，太空育种有望在培育适合我国的耐旱、耐寒、耐盐碱、性能稳定的草、树和作物方面取得突破。

如搭乘“神舟5号”回归的白皮松、华山松、侧柏、刺槐、沙棘、柠条等用于改善西北生态建设的太空林木种苗，将会极大丰富适宜的造林树种，提高绿化成效，一旦产业化种植时机成熟，将彻底改变西北地区恶劣的自然生态环境。

“神舟4号”的太空细胞融合实验，首次应用高压电脉冲方法对两个不同品种的烟草叶肉细胞在太空进行诱导“联姻”，异种细胞融合成功率比地面高10倍，太空融合的成功将打破远缘杂交的不育性，这一技术的成熟运用将充分展现太空培育新种的无穷魅力。

我们相信，伴随着我国航天事业的飞速发展，太空育种在生态农业、生物技术及生物制药等方面，必将发挥更大的作用，愿太空育种更多地造福于人类。

参考文献：【1】：农作物太空育种前景广阔；《农业科技情报》；1999年第8期【2】：刘敏；送种子上太空；《百科知识》；2008.01【3】：安福菊；我国空间诱变育种研究与进展；《中国农业信息》；2008年10月【4】：“卫星灵芝”让人更健康；《微生物学杂志》；2010年7月。