空间诱变育种
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太空水稻为什么产量高,太空水稻是怎样培育出来的太空水稻是利用空间诱变育种的方式,将水稻的种子或者是诱变材料送到太空中,这种新品种能够有效增加产量。
这种水稻品种回到地面进行培育之后,还可以有效地缩短杂交育种的周期。
这些优点是从太空中经过诱变而来,因为太空中的辐射强度要比地球高得多,种子的基因会产生很大的变异。
一、太空水稻为什么产量高1、太空水稻主要是利用空间诱变育种的方式,将水稻种子或者是诱变材料送到太空里面,然后利用太空特殊的环境进行诱变。
这样可以使种子产生某种变异,最后再将其带回地面培育成新品种,这种新品种的水稻能有效增加产量。
2、太空水稻的生长周期会缩短。
比如经过太空诱变培育出来的航育1号水稻新品种,其植株就比正常的要低14厘米左右,生长周期也缩短了13天,但产量却增长了5%-10%。
比较矮的植株可以增强水稻抗倒伏能力,更短的生长周期可以减少温差,提前收获。
3、天空水稻的优点主要从太空中经过诱变而来,因为太空中的辐射强度比地球高很多,而且在微重力和高真空的环境下,种子的基因会产生变异。
而且种子只要进入到失重状态,再加上受到其他的辐射作用,可能就会产生一些基因变异行为。
二、太空水稻是怎样培育出来的1、太空稻曾经搭载嫦娥五号登月,历时约23天、76万公里的“环月旅行”后,返回华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心进行种植。
据研究,水稻种子在搭乘嫦娥五号过程中,会经历微重力、太阳黑子爆发等特别环境,这会对水稻的基因产生影响。
2、太空稻种子内含有4万个基因,这些基因经过深空环境改变后,可以对其进行定向跟踪,这样就能发现可利用的优良基因。
在地面上,研究人员可以借助射线、重离子等辐射,或模拟微空下的微重力环境进行种子诱变。
3、种植水倒时要注意,一般秧苗抛下去一个星期之后,就会容易长虫,尤其是卷心虫。
所以这时一定要及时进行喷药,以免减少稻苗的数量,从而影响产量。
农作物空间诱变育种规范(空间科学及应用专家组,1998年2月,广州)863计划航天领域自1987年以来多次组织卫星、高空气球搭载植物种子。
据不完全统计,至1996年年底,参与搭载的种子包括粮食作物、油料作物、蔬菜、水果、花卉等共约50种植物,参与单位近60个,分布于全国22个省(市)、自治区。
不少单位在回收种子后,经田间种植、观察、选择,发现了新的变异类型,选育出一批性状优良、有应用潜力的新品种(系),对农业生产的发展发挥了作用,引起了国内外的瞩目。
然而,由于本研究涉及众多的人员、单位,早期试验中还未能明确提出规范化的要求,研究中也出现了部分单位的试验结果不明或准确性较低等问题。
为使我国农作物空间诱变育种能更健康发展,特制定此规范。
对此类研究从搭载材料的选用至回收后的观察、选择、记录均提出一些具体的要求,请各项目承担单位参照执行。
一、对搭载材料的要求1,根据育种目标,选用综合性状优良,但1~2个性状有明显缺陷的地方主栽品种、新推广品种、准备推出的优良品系、杂交组合亲本或低世代杂种(F1)作为搭载材料。
2,搭载用种子必须有足够的纯度,无其他品种混杂,为此要求经1~2代套袋自交提纯,取经此法繁殖的种子供搭载及地面对照用。
3,为保证足够的突变体供选择,对某一品种搭载用种子应有足够的数量(一股应为100O 粒以上,个别种大的作物种子量可减至300~500粒),并用等量的同一纯度种子作地面对照。
所用种子应为新鲜、健康、发芽率高的干种子。
4 为保证运输、搭载过程中种子不会被混杂或受潮,建议用内层布袋、外层塑料袋包装,袋内最好包装少量吸水硅胶等对种子无害的干燥剂。
内外、层袋及外袋应附有标明种子的种名、送搭单位的标签。
5,为完善搭载诱变试验的管理,要求各电位送交种子往专家组办公室搭载时,填写种子搭载申请表(见表I)内容包:种名、品种名、来源(自育、在用栽培种、引种等,并简介育成年份,亲本等培育的遗传背景)、主要种性(株高、生育期、抗病性、抗虫性、品质特点、产量组成因素,如粒重、荚重、果重、有效穗数、结实率等)、及形态特征、预期主要选育目标(待改良的性状)并附上1~2张代表其种子、果实、种植期,成熟期特性的彩色照片。
农业育种的空间诱变技术分析摘要:农业育种技术的发展是我国农业可持续发展的重要基础条件,空间诱变育种方式是使用宇宙环境中的高能粒子、辐射、微重力或者弱地磁场等要素使得作物种子中的染色体产生缺失、重复、易位等基因突变现象,并在回到地球环境之后,通过多代的筛选、培育形成的全新品种的培育技术。
与传统的农业育种技术相比,经过太空环境处理之后的种子基因变异十分明显,在抗病虫害、早熟、高产等方面的优势十分明显。
本文基于农业育种的空间诱变技术概念分析,在简单探讨空间诱变技术基本特征的前提下,分别从农业品种的直接和间接效益,相关理论对后续领域研究的影响以及生态效益等多个方面分析了农业育种空间诱变技术的具体效益,以便为今后农业育种空间诱变技术的推广、应用提供参考。
关键词:农业育种;空间诱变;基本特征;效益1、农业空间诱变育种概述农业空间诱变育种方式也被人们称为太空育种,是指将植物或者农作物种子使用返回式卫星、航天飞机等工具带入太空环境中,使用特殊的环境因素诱导农作物种子产生基因层面的变异,随后返回地面进行新种子材料、品种培育的一种现代化农业育种技术[1]。
以目前空间诱变育种技术的发展看来,常用的途径分为卫星空间搭载、高空气球搭载以及地面空间因素模拟诱变三种方式。
结合目前农业领域的相关研究成果看来,相较于地面环境,太空环境在真空、微重力、高能粒子辐射等方面有着明显的优势,能够对农作物及其种子的生长、生存、发育产生明显影响,最终引发植物细胞内部染色体的畸变。
在太空环境的微重力条件长时间影响下,辐射的诱因作用将会进一步增强。
在当下人类对于转基因食品安全性存在疑问的大前提下,太空育种技术的应用能够解决人们关心食品的安全性问题。
与常规的地面育种技术相比,太空育种方式能够利用宇宙空间中射线、微重力、重离子、交变磁场等各种因素,促使农作物和种子在太空环境下的遗传性产生明显的诱变,最终得到地面环境中无法获取的新型农作物种子以及材料。
空间诱变育种的名词解释在植物育种领域,空间诱变育种是一种通过暴露植物种子或幼苗到特定的辐射环境中,利用诱变作用产生新的遗传变异,从而选育出具有新型性状的植株的技术。
这种育种方法广泛应用于农作物改良、园艺植物的培育以及实验室的遗传学研究中。
1. 背景介绍在传统育种方法中,通过选择和交配来改变植物的遗传特征,但这种方法有其局限性。
空间诱变育种则提供了一种替代的手段,通过利用辐射诱变技术,引发植物的基因突变,从而产生更多的变异库。
2. 辐射诱变机制辐射诱变是空间诱变育种的核心工具。
不同类型的辐射,如X射线、γ射线、重离子束、中子束等,能够导致植物细胞的DNA损伤和突变。
这些突变可能发生在基因的编码区域,也可能发生在非编码区域。
此外,诱变还可能导致染色体结构的变化或产生新的染色体组合,进而改变物种的性状。
3. 诱变剂的应用为了增加辐射诱变的效果,常常会与诱变剂结合使用。
常见的诱变剂包括化学诱变剂、物理诱变剂和生物诱变剂。
例如,化学诱变剂乙烯甲磺酸可以增加辐射对植物DNA的损伤程度,促进突变的发生。
4. 诱变效果评估通过辐射诱变后,需要对诱发的突变进行评估筛选。
通常利用大量的突变体库进行繁殖与分析,以筛选出对目标性状具有显著改变的植株。
选择性状进行抗性、产量、品质等的评估,挑选出对目标性状改变最显著的植株作为后续育种的父本。
5. 应用和发展空间诱变育种已经在世界范围内得到广泛应用,诸如稻谷、小麦、玉米、蔬菜、花卉等农作物和园艺植物的品种改良中。
通过辐射诱变育种,培育出了许多具有抗病、抗虫特性和高产量的品种,以及更具观赏价值的园艺植物。
随着基因编辑技术的发展,空间诱变育种也与基因编辑相结合,为育种工作提供了更多的选择。
6. 优势和挑战相比传统育种方法,空间诱变育种具有如下优势:首先,空间诱变育种能够产生更多的遗传变异,扩大育种的选择空间;其次,诱变作用普遍存在于种子和幼苗等发育早期,使得诱变更容易影响幼苗的整个生长过程;最后,空间诱变育种通过诱变产生的新基因变异,能够创造与已存在基因组中不同的基因组组合,增加了品种创新的可能性。
什么是航天育种航天育种的定义航天育种也称空间诱变育种(或称之为太空育种),就是将农作物种子或试管种苗送到太空,利用太空特殊的、地面无法模拟的环境(高真空、宇宙高能离子辐射、宇宙磁场、高洁净)的诱变作用,使种子产生变异,再返回地面选育新种子、新材料,培育新品种的作物育种新技术。
航天育种的优势一是变异率高,比普通诱变育种高3-4倍;二是育种周期短,是杂交育种周期的一半,一般可由8年缩短至4年左右。
经太空繁育后的太空农作物具有高产、优质、早熟、抗病力强的优良性状,而经太空繁育后的太空花卉具有开花早、花朵数多、花期长、带有香味、花型、花色新颖等优良性状。
对搭载材料的要求1.根据品种培育目标,应选择综合性状优良,或是在某个生态区域特殊需要的品种,可以是准备推出的常规优良品系,也可以是杂交组合的亲本材料。
2.为保证足够的突变体选择,一个品种的搭载种子应有足够的数量(一般为1000粒,大粒种子可以减至500粒)。
3.搭载的种子必须有足够的纯度(98%),并防止在包装过程中混杂和受潮。
航天育种的步骤阶段一:种子筛选。
种子筛选是航天育种的第一步,这一程序非常严格,需要专业技术。
带上太空的种子必须是遗传性稳定、综合性状好的种子,这样才能保证太空育种的意义。
阶段二:天上诱变。
利用卫星和飞船等太空飞行器将植物种子带上太空,再利用其特有的太空环境条件,如宇宙射线、微重力、高真空、弱地磁场等因素对植物的诱变作用产生各种基因变异,再返回地面选育出植物的新种质、新材料、新品种。
阶段三:地下攻坚。
由于这些种子的变化是分子层面的,我们必须先将种子都播种下去,一般从第二代开始筛选突变单株,然后将选出的种子再播种、筛选,让它们自交繁殖,如此繁育三四代后,才有可能获得遗传性状稳定的优良突变系,期间还要进行品系鉴定、区域化试验等。
这样,每次太空遨游过的种子都要经过连续几年的筛选鉴定,其中的优系再经过考验和农作物品种审定委员会的审定才能称其为真正的“太空种子”。
空间诱变培育作物新种质资源哎呀,最近我对一件超酷的事情特别感兴趣——空间诱变培育作物新种质资源!这个不仅听起来高大上,而且还是未来农业发展的大势所趋哦。
你想象一下,科学家们就像玩变魔术一样,通过各种手段在植物的基因池里搞出各种花样来,就跟农业版的变色龙似的!从小我就对植物长啥样有特别的好奇心,看着它们一天天长大,特别是这些被科学家们“改头换面”过的,简直像是在看一场生物版的时装秀。
你想象一下,一棵普通的小麦,突然就变成超级耐旱的小麦,长得跟仙人掌似的,就是为了应对那些干旱天气不服输!这不就是科技发展的魔力吗?而且这种技术也不是什么新鲜事了,早在我们的爷爷辈的时候,就有科学家在搞这些大事儿。
他们用各种方法,从辐射到化学品,尝试着给植物“开后门”,让它们的基因搞出新花样来。
你可以想象,当时那些科学家们肯定是想着,“嘿,咱们能不能让这些庄稼长得更抗虫害一点,把它们搞成超级英雄呢?”不过,不是每个试验都能成功的,有时候植物会变得跟电影里的怪物似的,不过科学家们可不怕失败,他们就像是耕地一样,总是有耐心,也总有新花样。
现在想想,那些早期的实验,简直就像是在玩一场超大的生物版“乐高”游戏,拼出来的不是塔楼,而是新的作物品种!现在的技术更先进了,不仅仅是尝试新花样那么简单了,科学家们能够精准地去改变某一个基因,就像是给植物做个微整形一样。
他们会用各种高科技的手段,比如CRISPR啦、基因诱变啦,把这些植物的基因“炸”出新花样。
想象一下,就像是给植物做一场“变脸”手术,不同的基因组合,就像不同的化妆品,能让植物展现出全新的一面。
这些新品种不仅仅是好看,更是对我们生活质量的一个大提升。
比如说,有些作物被“改头换面”之后,不但产量大增,而且抗病虫害能力也特别强,简直就是农民们的贴心小棉袄。
这不仅仅是一种科技进步,更是在帮助我们应对未来可能遇到的各种挑战,真是叫人眼前一亮啊!这些科学家们的工作也不是那么轻松的,他们就像是植物界的“顶级设计师”,一边要了解植物的生长规律,一边还要跟各种先进技术打交道,可谓是“智慧与汗水”的完美结合啊!他们的每一次成功,都是对农业发展的一次巨大贡献。
太空育种阅读答案太空育种,也称空间诱变育种,就是将农作物种子或试管种苗送到太空,利用太空特殊的、地面无法模拟的环境(高真空,宇宙高能离子辐射,宇宙场,高洁净)的诱变作用,使种子产生变异,再返回地面选育新种子、新材料,培育新品种的作物育种技术。
太空育种具有变异多、变幅大、稳定快,以及高产、优质、早熟、抗病力强等特点,其变异率较普通诱变育种高3至4倍。
太空育种是集航天技术、生物技术和农业育种技术于一体的农业育种新途径。
是当今世界农业领域中最尖端的科学技术课题之一,通过已进行的太空农业试验,植物、动物等生物体的许多特性奥秘被揭示。
目前,世界上只有美国、俄罗斯、中国三个国家拥有返回式卫星技术。
在这方面,中国走在世界前列。
人类的生存、生产活动随着科学技术和国民经济的发展从最初的陆地、海洋、大气层进入地球轨道空间和外层空间,并且开始适应、研究、认识、利用和开发太空环境,这是人类文明史上的一次伟大飞跃。
太空环境蕴藏着极其丰富和多种多样的资源。
太空育种这一选育良种新手段,具有不可低估的经济效益和社会效益。
太空育种也是利用太空资源的一次成功的尝试。
先进的航天技术为快速培育优良品种及特异种质资源开辟了一条新途径,为人类进入太空农业时代展示了美好前景。
太空蔬菜培育的二代、三代已经表现出高产、抗病、维生素含量很高等特性;太空花卉普遍在花期、花型、株型、颜色等方面发生了变化。
有的花期变长,有的缩短,原来紫色的花,能成为白色、红色。
人类是要利用这些新品种带来的特殊价值。
一般来讲,各地搭载的种子都是选择当地增值效益高、有当地特色,并可以大面积种植的品种。
获得优良品种后,达到产业化就会对当地的农业经济有直接而显著的促进作用。
比如中科院遗传与发育生物学研究所在北京培育的紫花蓿、沙米、红豆草、冰草匍匐,四种草有这样的特点:特能抗寒抗旱。
尤其是紫花蓿还有较高的蛋白质含量,能像韭菜一样,一茬一茬地割,与未经搭载的对照株相比,它的存活期变长了,而且不易枯萎。
太空诱变是利用太空中的强辐射、微重力、高真空、弱磁场等诱变因子对植物种子、组织、器官或生命个体的基因变异的诱变。
太空诱变育种摘要:现在,越来越多的国家利用太空诱变来培育新品种,同时在这一方面取得了良好的成果,由此开辟了一条植物育种的新的途径关键字:太空诱变特点安全性应用展望太空育种.又称航天育种、空间诱变育种,是利用太空技术.通过高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物的种子、组织、器官或生命个体等诱变材料搭载到200~400 km高空的宇宙空间,利用强辐射、微重力、高真空、弱磁场等宇宙空间特殊环境诱变因子的作用.使生物基因发生变异,再返回地面进行选育,培育新品种、新材料的作物育种新技术。
其核心内容是利用太空环境的综合物理因素对植物或生物遗传性的强烈动摇和诱变,在较短的时间内创造出目前地面诱变育种方法难以获得的罕见突变种质材料和基因资源,选育突破性新品种,由此而开辟一条植物育种的新途径。
太空诱变的主要因素1.微重力太空的重力环境明显不同于地面,未及地球上重力十分之一的微重力(10-3~10-6 g)是引起植物遗传变异的重要原因之一。
许多实验证明,植物感受和转换微重力信号,是通过质膜调节细胞内Ca2+水平或磷脂/蛋白质排列顺序的变化等,引起ATP酶、蛋白质激酶、NAD氧化还原酶及光系统中许多酶类的活性变化等,从而在细胞分裂期微管的组装与去组装、染色体移动、微丝的构建、光系统的激活等方而起作用,进而影响细胞分裂、细胞运动、细胞间信息传递、光合作用和生长发育等生理生化过程,并出现细胞核酶变、分裂紊乱、浓缩染色体增加、核小体数目减少等。
已有的研究结果还指出,微重力是通过增加植物对其它诱变因素的敏感性和干扰DNA损伤修复系统的正常运作,从而加剧生物变异,提高变异率。
2.空间辐射空间辐射源包括来自地磁场俘获的银河宇宙射线和太阳磁暴的各种电子、质子、仅粒子、低能重离子和高能重离子等。
它们能穿透宇宙飞行器的外壁,作用于太空飞行器中的生物。
什么是航天育种航天育种能让作物发生哪些改变航天育种即太空育种,也称空间诱变育种,是未来农业科学的一个重要发展方向,具有重大实践意义。
本文介绍一下什么是航天育种,以及航天育种能让作物发生哪些改变等问题。
一、什么是航天育种利用返回式航天器或者高空气球,把作物种子或者诱变材料送到太空中,然后利用太空特殊的诱变作用,让种子发生变异,然后再返回地面培育作物新品种的育种新技术。
航天育种是当今世界农业领域中最尖端的科学技术课题之一,通过已进行的太空农业试验,植物、动物等生物体的许多特性奥秘被揭示。
世界上只有美国、俄罗斯、中国三个国家拥有返回式卫星技术,在这方面,中国走在世界前列。
二、航天育种能让作物发生哪些改变(1)通过航天育种,太空番茄的产量比常规番茄增产了15%以上,最高可达23.3%。
(2)在太空青椒中,它所含有的维生素c提高了20%,可溶性固形物提高了25%,同时病情指数也减轻了55%。
(3)太空西瓜的纤维量变少了,可溶性固形物增多了,含糖量通常可达13%以上,而且个大,味甜,吃起来沙甜可口。
(4)太空南瓜可长到几百斤,种子比普通种子大一倍,一般单瓜重100-200斤,最大者可达到500-600斤,叶片大而厚实,瓜皮黄红色,瓜瓤呈黄色或橙色。
三、航天育种的基本目标是什么(1)通过航天育种来培育高产、优质、高效的优异新品种,并对它们进行推广和普及,随后再利用地面模拟试验装置,来研究各种空间环境因素的生物效应以及作用机理,通过探索地面模拟空间环境因素的途径,来提高空间技术育种效率。
(2)通过实施航天育种工程项目,拟选育出10-15个高产、优质、高效且有重要经济价值的优异新品种,然后使主栽品种的单产量提高10%左右,推广面积达到3000-5000万亩,增产粮食20-30亿斤。
四、我国航天育种的历史回顾(1)我国农作物种子首次进行太空之旅的时间是在1987年8月5日,原本的目的是为了查看空间环境对植物遗传性是否有影响,但是却发现太空种子发生了一些意外的遗传变异,此后人们便开始进行研究。
高考语文阅读理解《为什么上太空要带种子》《太空种子的奇幻之旅》含答案阅读下面的文字,完成小题。
材料一:太空育种,也称空间诱变育种,就是将农作物种子或试管种苗送到太空,利用太空特殊的、地面无法模拟的环境的诱变作用,使种子产生变异,再返回地面选育新种子、培育新品种的作物育种技术。
太空育种与地面常规诱变育种相比,变异多,变幅大,稳定快;种子具有高产、优质、早熟、抗病力强的优点。
太空育种是集航天技术、生物技术和农业育种技术于一体的育种新途径,是当今世界农业领域最尖端的科学技术课题之一。
在这方面,中国走在世界前列。
通过已进行的太空育种的一系列农业试验,植物、动物等生物体的许多特性、奥秘被揭示。
(摘编自杨超《为什么上太空要带种子?》)材料二:太空育种的提出和推进与中国航天事业发展相伴相随。
1987年8月5日,我国第9颗返回式科学试验卫星发射成功,将一批农作物种子送向遥远太空,由此揭开了太空育种序幕。
由于亿万年来地球植物的形态、生理和进化始终深受地球重力的影响,一旦进入失重状态,同时由于其他物理辐射的作用,植物将更有可能产生在地面上难以获得的基因变异。
实际上,太空育种就是让选好的种子在太空中发生基因变异。
太空育种主要是通过空间辐射和微重力因素诱发植物种子基因变异,前者通过激活DNA外围的电子造成DNA分子链突变,引起染色体的移位、缺失、重叠等变化;后者可以抑制DNA的修复机制,增强遗传基因变异率。
不过,种子上天走一遭,只是完成“育种”的第一步,随后还要经过农业专家几年的地面培育、筛选和验证等繁复的科学研究活动。
搭载回来的种子要晋级为名副其实的“太空种子”,至少也要经过4-6年的周期。
种子“荣归故里”后会经历第一次试种,其中具有良好变异的单株会被挑选出来进行第二次种植,如此筛选到三四代时才能获得遗传性状稳定的基因突变品系。
总之,“太空种子”是那些经受住连续几年大量的地面筛选、稳定和鉴定试验并得到权威部门审定的“佼佼者”。
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。
农业育种的空间诱变技术浅析【摘要】空间诱变育种是利用宇宙高能粒子辐射、微重力及弱地磁场等太空特殊环境因素的诱导,使作物染色体产生缺失、重复、易位、倒置等基因突变,回到陆地上,经过多代筛选、培育,形成特性稳定的新品种。
太空环境的种子基因变异较为显著,有变异频率高,变异幅度大,有益变异增多等特点,易于快速有效的培育早熟、高产、抗病、优质及耐低温等综合性状优良的新品种。
【关键词】空间诱变育种;太空特殊环境;基因变异农业育种的空间诱变技术也称太空育种,是在返回式太空舱中搭载农作物种子或试管种苗等生物体,进入宇宙空间,太空仓在太空的飞行过程中,生物体处于高真空、微重力、宇宙高能粒子辐射、弱地磁和超低温等综合因素作用的特殊太空环境下,使生物自身产生基因突变,从而导致遗传性状发生变异。
再回到陆地上,经过科研人员多代筛选、培育,可形成特性稳定的新品种[1]。
经过宇宙空间环境下基因诱变的太空种子和转基因种子有本质区别。
从基因结构的改变方式来说,转基因技术是将一种生物基因引入到另一种生物中,与另一生物的基因进行重组,从而产生特定性状的物质,作为一种新兴的生物技术手段,它的不成熟和不确定性,使得转基因食品的安全性成为人们关注的焦点。
空间诱变育种只是利用宇宙高能粒子辐射、微重力及弱地磁场等太空特殊环境因素的诱导,使作物染色体产生缺失、重复、易位、倒置等基因突变[2],回到陆地上,经过多代筛选、培育,形成特性稳定的新品种。
在正常情况下,植物种子的这种变异也会发生,只是在自然环境下要经历甚至上百年漫长的过程,而航天育种只是使这个速度加快而已,并不存在安全问题。
传统育种可能要经过长达十年的努力,才能得到一个适宜推广的新品种。
而太空育种通过个别基因的改变,在3~5年就可以稳定下来,得到新品种。
我国的空间诱变育种技术研究始于1987年,由我国第9颗返回式卫星把多个水稻和青椒品种的种子送入太空,探索太空环境对生物遗传的影响,研究发现经历太空环境的种子基因变异较为显著,有变异频率高,变异幅度大,有益变异增多等特点,于是开启了我国利用太空环境的空间诱变育种事业。
分子标记技术在植物空间诱变育种机理研究中的应用植物空间诱变育种是一种利用宇宙航天环境中的高能粒子辐射诱变植物基因的育种方法。
在这个过程中,分子标记技术被广泛应用于研究植物空间诱变育种的机理。
首先,分子标记技术可以用于筛选和鉴定诱变株系。
通过分子标记技术,可以对植株的基因组进行快速而准确的分析,找出植株在宇宙环境中发生的基因突变。
这样一来,研究人员可以根据分子标记结果,选择具有特定基因突变的植株,筛选出具有理想农艺性状的诱变株系。
其次,分子标记技术可以帮助研究人员了解诱变育种过程中的基因变异机制。
通过分子标记技术,可以对植物诱变株系中发生的基因突变进行详细的分析和比较。
这些基因突变可能包括基因组重排、基因缺失、基因转座等。
通过对这些基因突变的研究,可以揭示诱变育种过程中基因的变异机制,为进一步优化植物诱变育种提供科学依据。
此外,分子标记技术还可以用于诱变基因的定位和克隆。
通过分子标记技术,可以对诱变株系中与理想农艺性状相关的基因进行快速定位。
这样一来,研究人员可以进一步克隆和研究这些基因,揭示其在植物生长和发育中的功能,为植物育种提供更多的遗传资源。
此外,分子标记技术还可以用于分析诱变株系的遗传多样性和亲缘关系。
通过对诱变株系中的分子标记进行分析,可以估计不同植株之间的遗传距离和亲缘关系。
这样一来,研究人员可以选择亲缘关系较远的植株进行杂交,提高育种的杂交效果。
综上所述,分子标记技术在植物空间诱变育种机理研究中发挥着重要的作用。
通过应用分子标记技术,可以筛选和鉴定诱变株系、揭示基因突变机制、定位和克隆诱变基因,同时还能分析遗传多样性和亲缘关系。
这些研究结果为进一步优化植物空间诱变育种提供了重要的科学依据。
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。