农业育种的空间诱变技术浅析

杨毅

【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。截至目前，空间诱变育种在我国粮食作物、经济作物、园艺作物、水产品、生物制品等多个领域都有成果，其中育成审定的太空农作物优良品种已达数百个之多[3]。

经历各地多年实验研究，已经证明，空间诱变新技术在农业育种上的应用，可获得常规育种难以获得的特殊优异的经济性状，可创新选育出优良的新品种和优异的种质资源，使航天高新技术与农业遗传育种相结合成为培育优质农作物新品种和新种质的有效途径。曾经有40多个黄瓜品种和茄子及大葱品种种籽，采用搭载返回式卫星、神舟飞船、实践8号育种卫星方式，进行太空环境诱发经济性状变异，选育新品种，通过对培育筛选出的优良自交系和种质资源，进行田间试验、配合力测定、抗病性测定和品质测定等综合性状鉴定，已培育出早熟、高产和耐低温的蔬菜新品种。选育的过程证明，空间诱变育种技术在创造丰富的遗传变异类型，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上效果显著，经济效益高。

在选育过程中观察发现太空环境诱发的植物的经济性状变异，存在变异频率高，变异幅度大，有益变异增多的优势和特点，可获得常规育种难以获得的优异性状，主要表现为以下特征：

1 幼苗茎叶生长迅速，植株健壮

经2、3、4代连续观察，太空黄瓜种籽出苗早，一般可较未经搭载的对照提前1～2d，其幼苗生长速度快，植株健壮，出苗后8d，太空黄瓜各品种系株高较对照增高1.5～3.1cm，出苗后29d，株高85.6cm，较对照平均增高30.8cm。其茎叶生长迅速，生长势强，茎长增长迅速，叶片大、叶面积系数高、植株结构合理、光合效率高成为增产的重要因素。对多个太空品系生育情况的测定证实，出苗后29d茎长分别较对照增高44.4～86.4cm，叶片数量增加显著，叶片数量分别增加2.2～8个，亩产量分别达6875.5～9315.1kg，较对照增产47.3～99.4%

2 特早熟、结瓜、采收期早

根据三年的田间试验表明，育成的黄瓜品种具有特早熟的优良性状，在夏茬露地栽培的条件下，有九个品系连续三代，从播种至第一雌花期仅需27～31d，播种后32～37d，即可采摘鲜黄瓜上市，而现有常规早熟栽培品种，则需50～60d。太空黄瓜鲜瓜生长速度快，雌花开花后5～6d，单瓜重可达200～250g，瓜长30～35cm，7～8d单瓜重可达300～400g，且瓜肉仍十分新鲜，口感依然可口。播种43天后，鲜瓜亩产可达3000kg。单瓜重可达1200g，长57cm，最大达1.8kg。茄子和大葱在选育过程中也有较为相似的表现。

3 耐低温、低温栽培增产显著

黄瓜的生长适宜温度是18～30℃，其正常发育所需的最低气温是12℃，低于12℃植株的光合作用、呼吸作用、光合产物的运转等生理活动都受影响，甚至停滞，在露地栽培的条件下，太空黄瓜的耐低温能力与常规对照品种比较，耐低温能力表现突出，在10月份的低温条件下，曾做过为期68天，有效积温1052.7℃的抗寒性试验（常规品种黄瓜生长期间要求有效积温为2610～5600℃）。试验期间，太空黄瓜的发芽生育天数为4d，有效积温为92.8℃。对照品种则需10～13d，有效积温210～270℃，其完成幼苗期～抽蔓期生育天数为35d，有效积温630.2℃（一般品种则需50d，有效积温870℃）结瓜前期生育天数为29d，有效积温仅270.7℃，但其前期产量仍可达747kg，较对照品种分别增产824.0%、533.2%和823.6%。在低温条件下对照品种产量很低，亩产普遍在120kg以下，有的甚至绝产。说明常规品种在低温条件下，不能完成正常生长发育，产量很低，太空品种则表现出较好的抗寒性。

4 皮色性状变异，雌瓜数量性状变异

通过选育，获得一个白色自交系，变异频率为4.2%，皮色为白色，多雌型，瓜形好，雌瓜多，较对照增产66.7%，结瓜数较对照增加66.7%，是优良的鲜食型材料，市场前景看好。单株雌瓜数量是重要的产量因素，通过田间试验，获得的多个自交系，出现雌花数量增多的性状变异，单株结瓜数量较对照提高27.3～112.1%，占自交系总数48.7%，有三组自交系属强雌型品种，从中选育出结瓜数量高、多雌型、综合性状优良的自交系和育种材料应用于黄瓜育种。

5 产量性状变异，产量高、增产显著

空间诱变技术对黄瓜品种和自交系的产量提高十分显著，其变异频率高，变异幅度大，占自交系总数80.2%的品种表现出增产，有四组平均增产50%以上，分别较对照平均增产277.1%、78.2%、50.7%、53.4%，也有少数几组自交系出现雄花增多，雌花减少的不利性状变异。经过选育可获得多雌型自交系育成品种，育成品种植株生长势强，结瓜数多，产量性状稳定，其鲜瓜亩产量可达7520.5～11281.0kg较对照组增产61.1～133.2%。在多地推广种植，也增产显著，表现良好。

此外，太空育成品种，在品质上也表现优良，结瓜数多，瓜形好，顺直整齐，瓜肉绿色，肉质脆嫩可口，食味佳。有皮色为白色的品种出现，且高产，商品性状良好。太空品种也表现出较好的抗病性状，抗霜霉病、白粉病、病毒病、抗早衰。

由此可以表明，空间诱变育种技术，将航天高新技术与农业遗传育种相结合，是培育优质农作物新品种和新种质的有效途径，具有变异频率高，变异幅度大，可获得常规育种难以获得的优异性状，如早熟性变异，抗寒性强变异，雌花增多，高产等性状变异尤为突出，可选育出具有丰产、多抗、稳产、优质、结瓜早和抗寒性强优良作物品种，效果显著，经济效益高。

【参考文献】

[1]沈桂芳.我国的农作物航天诱变育种与研究[J].中国航天诱变育种，2007.76-80.

[2]蒋兴村.空间诱变育种研究15年（1986-2001年）体会[J].中国航天育种，2007.71-75.

[3]孙永成.航天育种20年的历史回顾[J].中国航天诱变育种，2007.22-25.

[责任编辑：王楠]