空间环境诱变育种技术及应用

第３ｏ卷第３期　・２１・　２０１０年６月　农业与技术　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅ＆Ｔｅｅｈｎｏｌｏ￣　Ｖ０１．３Ｏ　Ｎｏ．３　Ｊｕｎｅ．２０１０　

空间环境诱变育种技术及应用　

董亚琳张洪伟代秀云　

（吉林省农业科学院。吉林公主蛉１３６１００）　

［摘　要】空间环境诱变育种，是一种利用航天技术与现代生物技术、常规育种技术相结合的作物育种新技术。本文阐述了空　问环境诱变育种技术的基本概念、技术特点、国内外的研究应用现状，探讨了其发展前景及应用潜力。　［关键词】空间环境；诱变育种；农作物；新技术　中圈分类号：．９．５１２　文献标识码：Ｂ　

随着航天科技的快速发展，特别是各种类型　

的卫星、飞船的研制成功，空间站的建立、登月　计划和火星探测计划的实施，使人类对宇宙空间　

环境的认识逐步深化，空间生命科学的研究也得　到迅速发展。近几十年来，空间环境诱变育种技　术已成为人类进行空间生命活动研究的重要内容　之一，并取得了令人瞩目的进展。　

１　空闻环境诱变育种技术概念及原理　

空间环境诱变育乖扛，它是将农作物种子、组　

织、器官、生命个体或供试诱变材料，利用返回　式卫星、高空气球或宇宙飞船等航天器，搭载到　宇宙空间，在宇宙空间环境的强辐射、高真空、　微重力、弱地磁场和高温（或低温）等太空综合　因子的作用下，进行诱变处理，使作物的染色体　发生畸变，ＤＮＡ内部发生重组，导致生物遗传变　

异，返回地面结合常规育种，利用有益变异，培　育出新种质、新材料、新品种的作物育种新技术。　

空间诱变育种技术开创了现代育种的又一新途径。　●＾　空间环境诱变育种是航天高科技与生物技术、　农业遗传育种相结合的产物，是将航天、辐射、　育种等跨学科的新技术相结合发展起来的一项崭　新的育种技术，是传统诱变育种方法在高科技情　况下的延伸。　

空间环境诱变育种最大的优势在于有可能在　较短的时间内创造出目前地面诱变育种方法难以　获得的罕见基因资源，培育出有突破性的优良品　种。　

２技术特点　

２．１提高突变率、扩大突变谱　太空中存在微重力、强辐射等因素，这些都　

是有别于地球的特殊条件。经过实验证明，微重　力能引起酶活性改变，从而导致生物体生长发育　及器官建成发生改变，还有可能干扰ＤＮＡ损伤修　复。因此认为空间诱变的主要因素就是宇宙中的　高能重粒子（ＨＺＥ）等导致细胞中的ＤＮＡ双链断　

裂，微重力、高真空环境又进一步抑制损伤ＤＮＡ　的修复，从而引发广幅的遗传变异。另外，强辐　

射也是一个重要因素。一般情况下，地面辐射育　

基金项目：国家科技支撑计划：“玉米空间环境诱变育种关键技术研究与示范”课题（项目编号：２００８ＢＡＤ９７Ｂ０３）资助　

＊为本文通讯作者　Ｖｏ１．３０　Ｎ０．３　农业与技术　２０１０年６月　・２２・　

种需要半致死计量强度才能引起变异，而在太空　种子没有任何死亡率就能变异，变异频率高，变　异幅度大，有益变异增多，大多数变异性状稳定　较快。另外，通过诱变可出现一些地面上其它理　化因素诱变难于获得的特殊突变体，人工创造种　质资源，丰富了基因库。　

２．２有效地改良个别性状　空间环境对作物农艺性状的影响较为复杂。　

航天搭载后的变异多表现在株高、叶片、果穗、　

抗病抗逆、熟期等方面，空间环境诱变多为点突　

变，ＤＮＡ分子中单个或几个碱基的变化使遗传结　

构发生改变，因此对主效基因控制的性状改良较　

有效，如：矮秆、早熟、抗病性等性状。　

２．３缩短育种年限　空间环境诱发的变异大多为一个或少数几个　

主效基因的改变，稳定较快。通过传统育种技术　获得一个新品种平均需要８～１０年的时间，杂交　

后代的遗传性状要到５、６代才开始稳定，而空间　

环境诱变育种后代的性状在３、４代开始稳定，育　

成一个新品种只需５年左右的时间，缩短育种周　

期，提高农业效益。　

２．４安全性　空间环境诱变育种没有对环境和人体不利的　

因素，属于环境友好育种技术。空间诱变从本质　上同自然界的一些因素引起的诱变是一样的，只　

不过用这种方法把自然变异的过程加快了，并没　有把对人类可能有害的外来物种的基因导过来。　

科学家指出：空间诱变育种农作物和转基因食品　

有本质的区别，它没有外源基因导入，而是在空　

间特殊条件下染邑体发生断裂，基因组重新排列　

组合引起性状变异。由于没有外源基因，它与地　

面辐射育种和常规育种相似，不会０生新的：　害　物质。大量的事实证明，空间诱变育种农作物是　

可以放心食用的，具有安全性。　

２．５缺点　目前，空间诱变育种尚处于初级阶段，存在　

着诸多矛盾性的结果和尚不能确定的认识，有利　

突变少，突变的性质和方向不定，诱变育种有一　

定的盲目性和随机性，还很难出现多个性状同时　

向好的方向发展的突变。　

３国内外空间环境诱变育种技术研究应用　

现状　

在宇宙空间存在着微重力、高真空，各种辐　

射等，这与地球上的环境条件大不相同。研究这　

些特殊条件对地球生物的影响，是各国科学家早　已关注的问题。　

早在本世纪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。２０世纪６ｏ年代初，苏　

联及美国的科学家就已开始将植物种子搭载卫星　

上天，在返回地面的种子中发现它的染色体畸变　

频率有较大幅度的增加。近年来，航天大国对农　

作物种子除了通过返回卫星和航天飞机进行搭载　试验外，还在已建成的空问站进行了生物试验。　

如俄罗斯农业科学院和宇航局在“和平号”宇航　

站的太空温室里试种太空小麦获得成功。各航天　大国通过空间诱变育种技术的研究与应用，已先　

后培育成功１００多个农作物新品种应用于生产，　

不仅为空间诱变育种奠定了理论研究的基础，还　

为空间诱变育种技术的开发应用开辟了广阔的前　

景。　

我国是世界上能够发射返回式卫星和宇宙飞　・２３・２０１０年６月　农业与技术　

船的三个国家之一，已完全具备了和平开发利用　飞船具有生命保障系统，可以搭载果树的枝条，　太空，进行空间生命研究和空间诱变育种的有利　，　条件与明显的优势。１９８７年８月５日，随着我国　第九颗返回式科学试验卫星的成功发射，一批水　

稻和青椒等农作物种子被带到２００至４００公里的　

太空中，这是我国农作物种子的首次太空之旅。　１９８７年以来，科研人员借助我国在空间科学　

研究中的独特优势，多次利用返地卫星和高空气　

球搭载植物种子，研究了空间环境条件对农作物　的诱变的途径，在空间诱变育种方面取得了令人　瞩目的成就，选育出一些新的突变类型和优良农　

艺性状的新品系，为提高我国作物产量、提高蔬　

菜质量等做出了一定的贡献。世界上目前已有　

２３００多个诱变品种，其中我们国家育成的就有　６４０多个。　

４发展前景与应用潜力　

随着科技的发展，社会的需求，空间资源正　

在被开发利用，利用空间特殊条件诱导植物种子，　进行优良性状的选育，已引起我国乃至世界育种　

家的关注。　

专家预测，空间诱变育种超越了已有技术的　局限性，具有广阔的发展前景。我国在空间诱变　

育种方面一直位于世界前列，在实际应用和理论　

研究方面做了大量工作，随着资料的逐渐积累，　对空间诱变育种的研究会更加深入和系统。今后，　空间诱变育种的重点将由产品产量转向产品质量　

和特异性。除粮食作物以外，蔬菜、油料、香料、　

花卉、树木的选育也将成为热点。现在，中国的　通过处理其芽眼可以产生芽变，完全可能选育出　优质的特殊水果。另外，结合现代科技，针对空　

间诱变后的作物材料在后代表型性状中产生的变　异，可以利用分子生物学方法克隆得到特异基因。　

并通过基因工程手段将其转入到作物基因组中，　进行定向表达；还可以利用分子标记辅助选择方　

法，借助与目标基因紧密连锁的遗传标记，分析　基因型，鉴定分离群体中含有目标基因的个体，　加快育种进程，提高育种效率。　

空间环境诱变育种具有独自的优势与特点，　它已成为现代农作物育种的一项高新技术，倍受　

各国的重视，相信不久的将来会成为加快植物育　

种进程的更为可行和实用的新途径。因此，在未　来各种农作物新品种的选育过程中，空间环境诱　

变育种新技术必将会得到更加广泛的开发研究与　应用，会育成更多高产、优质、高效、多抗与多　

种用途的农作物新品种，满足现代农业生产发展　的需要。　

参考文献　［１］白斌．我国小麦航天诱变育种研究进展与思考［Ｊ］．甘肃农业科　技，２００７，（４）　［２］李永辉，涂ｊＢ根等．植物空间诱变育种研究进展［Ｊ］．江西农业学　报，２００８，（１）　［３］薛淮，刘敏．植物空间诱变的生物效应及其育种研究进展［Ｊ］．生　物学通报．２００２，（１１）　［４］李莉梅，欧阳乐军．我国水稻航天诱变育种的研究动态及展望　［Ｊ］．广西农业科学，２００７，（２）　［５］邓云，安国林，马如海，徐小军，李卫华．空间诱变育种及其在瓜　类Ｅ的应用ｆＪ１．中国瓜菜。２００６．（４）　

作者简介：董亚琳（１９６３一），吉林省农业科学院研究员，主要从事玉米遗传育种研究。