作物空间诱变育种机理的研究进展
空间诱变育种的研究现状与展望
要 ： 述了空间诱变育种 的涵义和机理 ， 论 总结 了空间诱变育种在植物应用方 面的一些研究成果 ， 出 提
了 空 间 诱 变 育 种 今 后 的发 展 前 景 及 方 向 。
关键词 ： 间诱 变育种 ； 空 机理 ； 应用 ； 前景
中 图 分 类 号 ：１９—１ Ｓ２ 文献标识号 ： Ａ 文章 编 号 ：０ １ ４ ４ （０ １ ０ — ０ ９ ０ １０ — ９２ ２ １ ） ０２ － ４ ４
子 发生 了地 面 上不 可模 拟 的变 化 ， 以有 效 地应 可
重力信号被细胞 膜表 面受体分子识别后 ， 可以通 过调节质膜上 ｃ 传递转化系统 ， ａ 或者经过磷酸 肌 醇信 使 系统 把 刺激 信 号 传 递 给 细胞 内贮 钙 体 ， 引起 贮 钙体 内 Ｃ 的释放 ， 细胞质 内 Ｃ ｎ 浓度 ａ 使 ａ
体 都处 于微 重力 状态 。虞秋 成 等 认 为 ， 界 微 外
技术… ， 是航 天 技 术 、 物 技 术 和 农 业 育 种 技 术 生 相 结合 的产 物 － 。太空 环 境 中 的高 能 粒 子 辐射 、 ２ Ｊ 微 重 力 、 宙磁 场 、 宇 高真 空 等 特殊 条 件 ， 植 物种 使
用 于农 业育 种 中 ， 因此 空 间诱 变 育 种 成 为 育 种工 作 的一 个新 途 径 Ｊ 。在 当前 种 质 资 源 库 新 基 因
极为缺乏、 遗传资源 日益枯竭的状况下 ， 采用空间 诱 发突 变技 术创 造有 用基 因具 有重 要意 义 。
１ 空 间诱 变 的 因 素
植物 在 宇宙 空间 中常会 受 到高 真空 、 微重 力 、
修复 系统 的正 常运 行 ， 阻碍 抑制 Ｄ Ａ断链 的 即 Ｎ
修复 ｒ 。在 美 国 空 间 实 验 室 Ｄ １飞 行 中 发 现 ， Ｅ ｃｅｉ ｉ Ｃ ｌ基 因重 组 率增 加 的原 因是 在 微 重 ｓ ｒｈ ｏ ｈ ｃａ ｉ 力下 细 菌性纤 毛 附着 时 间较 地 面长 ， 通 过 纤 毛 并
航天诱变育种技术在作物育种上的应用
工作研究20NEW FARMERS新农民NO.36 2019航天诱变育种技术在作物育种上的应用常天佑1，王翠侠1，张建伟2，杨保安2（1.河南航宇种业有限公司，河南 宝丰 467400；2.河南省科学院同位素研究所有限责任公司，河南 郑州 450015）摘 要：作物航天诱变技术是作物种子或离体组织在太空特殊环境下受空间环境各种环境因子的刺激作用，诱发一系列遗传变异，通过筛选有益变异，最终获得作物新品种或创制优异育种材料和基因资源的技术。
本文从航天育种的概念机理、航天诱变育种的特点、航天诱变育种的生物学效应、航天诱变育种的发展和研究现状等方面概述了国内外航天育种研究的进展和成就，并就我国航天育种发展前景进行了展望。
关键词：作物；航天诱变；育种1 作物航天诱变育种的概念与机理所谓航天诱变育种，是指利用高空气球、卫星或飞船等返回航天器，将农作物的种子、组织、器官或活体送入太空，在宇宙射线、微重力、近地磁场和高真空等多种空间因素的综合诱变作用下，打破基因连锁，促进优异基因重组，促使基因变异，进而使其性状发生改变，然后再从返回地面的生物体中筛选发生突变的新种质材料，并进一步选育出植物新品种、优异育种材料以及特色基因资源材料的育种方法[1-3]。
在空间环境中，存在宇宙射线、高能粒子辐射、强烈的紫外线照射、微重力、近地磁场和高真空等诸多诱变因素，这些因素会影响作物的生存、生长和发育，甚至导致许多可遗传的变异。
一般认为引发变异的主要因素是宇宙辐射和微重力 [1，4]。
在太空中，天然辐射比地球强得多，这些射线包括宇宙射线和太阳磁暴产生的各种质子、粒子、电子、低能量离子、高能量离子及强紫外线等，都会对生物发生作用。
空间辐射通过对生物体系统代谢途径中的遗传物质损伤和以染色体断裂为主的染色体变异引起植物的变异，如碱基缺失、碱基间氧键的断裂、碱基内单键断裂、双链断裂、染色体螺旋内的交联程度，以及分子和蛋白质的交联，产生细胞失活、发育异常等[1，5]。
杂交水稻保持系空间诱变效应及种质创新研究的开题报告
杂交水稻保持系空间诱变效应及种质创新研究的开题报告1.研究背景近年来，随着全球气候变化和人口增加，粮食安全问题逐渐引起重视。
水稻作为我国的主要粮食作物之一，其产量的提高和品质的优化是保证粮食安全和农业可持续发展的关键之一。
而杂交水稻作为水稻产量和品质提高的重要方式和手段，其研究和应用具有重要的战略意义。
由于杂交水稻在产量和品质上的表现存在不稳定性，基因组的变异和突变是引起这种现象的主要原因之一。
而空间诱变作为一种新的基因改良手段，可以有效地诱发杂交水稻的基因突变，从而促进产量和品质的提高，为水稻遗传育种提供了新的思路和方法。
2.研究目的和意义本研究旨在通过对杂交水稻保持系进行空间诱变，探索其在产量和品质中的表现，并筛选出优良的变异材料，为杂交水稻的种质创新和遗传育种提供新的思路和方法。
具体来说，本研究的主要目标包括：(1)评估空间诱变对杂交水稻产量和品质的影响；(2)筛选出具有优良表现的变异材料，并对其进行深入的鉴定和分析；(3)利用分子标记技术对杂交水稻变异材料进行遗传多样性分析，并探讨其在遗传育种中的应用前景。
本研究的意义在于，可以为杂交水稻的种质创新和遗传育种提供新的思路和方法，为水稻的产量和品质提高提供新的途径，也为推进我国农业可持续发展和粮食安全作出贡献。
3.研究内容和方法本研究将以杂交水稻保持系为研究对象，利用航天实验平台对其进行空间诱变，对产量、品质等性状进行观测和评估。
同时，对具有明显变异的个体进行深入的鉴定和分析，筛选出具有优良表现的变异材料，并利用分子标记技术对其进行遗传多样性分析。
具体的研究内容和方法包括：(1)水稻品种的选材和分组：按照不同品种和不同保持系进行分组，选取适宜的水稻品种作为试验材料；(2)航天诱变实验的设计和操作：利用航天实验平台对杂交水稻保持系进行诱变，并对不同的辐射剂量和处理时间进行设计和操作；(3)产量、品质等性状的观测和评估：对诱变后的杂交水稻进行产量、品质等性状的观测和评估，对具有明显变异的个体进行标记和记录；(4)变异材料的筛选和鉴定：根据产量、品质等性状的观测和评估结果，筛选出具有优良表现的变异材料，并对其进行鉴定和性状分析；(5)遗传多样性分析：利用分子标记技术对杂交水稻变异材料进行遗传多样性分析，为遗传育种提供理论基础。
我国航天诱变技术在育种上的应用进展
航天诱 变育 种是 将植 物干 种子 搭载 返 回式 航 天器 （ 卫星） ， 经 过空 间诱 变作 用产 生变 异 ， 在地 面
１ 航天诱 变育种技术的概念与原理
航 天诱变 育种 又称 “ 空 间诱 变育种 ” ，它是 将 农作 物种 子 或供试诱 变 材料搭 乘 返 回式卫 星 或宇
宙 飞船 ，送 到距地 球 ２ ０ ０ － ４ ０ ０ ｋ ｍ 的太 空 ，利用 空 间宇 宙射 线 的强辐射 ，在 高 真空 、微 重力 和交 变 磁场 等特 殊环境 中进 行诱 变处 理 ，使 供试 的农 作 物种 子和 材料产 生有 利变 异 ，返 回地 面试 种后
■
述
稻
Ｖ ｏ ｌ 。 ４ ４ Ｎ Ｏ ． ６
我国航天诱变技术在 育种上 的应 用进展
杨 明飞 ，姚 红 军 ，吴 苏 霓 ，韩 峰 ，宋 晓 波
（ 辽宁省盐碱地利用研究所 ， 辽宁 盘锦 １ ２ ４ ０ １ ０ ） 摘 要 ： 本 文 综 述 了 我 国航 天 诱 变 技 术 在 育 种 应用 过 程 中取 得 的成 果 、 航 天诱 变 技术 机 理 ， 指 出 了航 天 诱 变 育 种 变异 源 丰 富、 育种周期短的特点， 详 尽 介 绍 了航 天诱 变 育 种 在 水 稻 育 种 上 的应 用 ； 提 出 了 进一 步发 展 方 向 。
２ 。 １ 变异 源 丰富
卫 星 和 飞船 飞 行 的空 间存 在着 各 种 质 子 、 电 子、 离子 、 ａ粒 子 、 高 空 重 离 子 等 高 能 粒 子 以及 ｘ
小麦诱变育种的进展
河南农业2016年第7期（上）LIANG ZHONG LIANG FA良种良法物体，从而诱发产生突变的一种诱变技术。
离子束辐照产生的各类自由基的增加和积累，是引起变异的重要原因。
河南省离子束生物工程重点实验室的成立，为开展离子束诱变育种研究提供了必要条件。
（四）航天诱变育种航天诱变育种是将航天技术、生物技术和农作物育种技术相结合发展起来的一项崭新的育种技术。
河南省科学院、河南省农科院等单位从1991年开始利用返回式卫星和高空气球搭载小麦种子进行太空诱变试验，先后选育出小麦新品种太空５号、太空６号、富麦2008。
世纪80世纪80（EMS）其中4对4D 染色Co-γ射线辐照促进小麦与黑麦、冰草间远缘杂交，育成一批具有外缘遗传基因的巨大粒小麦；利用辐射诱变与杂交相结合育成了特大粒品系96079、96148等，这些品系不仅千粒重在50~87g，而且抗病、成熟期等性状也得到改进，是难得的大粒资源。
3.彩色小麦资源：河南省小麦育种专家周中普采用化学诱变、物理诱变、远缘杂交相结合的手段培育出了黑色、绿色等彩色小麦品种。
中普系列彩色营养小麦，富含多种人体必需的营养元素，尤其是铁、硒、锌、碘、钙及赖氨酸等，并且蛋白质含量居小麦之首。
三、存在问题目前，基于诱变新因素发掘的小麦诱变新技术研究尚处于探索应用阶段，有关诱变机理研究还十分薄弱，有必要深入诱变因素生物学效应的研究，从细胞学、生理生化和分子生物学等方面继续深入诱发突变的机理研究，对后代各变异类型的发生频率及其遗传规律进行分析 ，结合分子标记及其他生物标记技术 ，以提高选择的准确性和突变体的利用效率。
种质资源利用率不高，诱变可以产生一些通过常规杂交而无法获得的突变体，有些性状的突变体出现的重复性几率很低。
由于在市场经济条件下的竞争机制，导致育种家对一些材料高度保密而不能共享，优异的种质资源得不到遗传学分析评价和充分利用。
四、发展对策与建议结合河南省农业生产需求，广泛开展多种植物诱变育种研究。
诱变育种的发展趋势
诱变育种是指用物理、化学因素诱导动植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株/个体，进而培育成新的品种或种质的育种方法。
它是继选择育种和杂交育种之后发展起来的一项现代育种技术。
通过近几十年的研究人们对诱变原理的认识也逐步加深。
常规助杂交育种是染色体的重新组合，一般并不引起染色体变异，更难以触及到基因。
而辐射会对染色体的数目、结构等都会产生影响，使染色体发生缺失、断裂、倒位移位等变化。
诱变育种也有自身的弱点：一是诱变产生的有益突变体频率低；二是还难以有效地控制变异的方向和性质；另外，诱发并鉴定出数量性状的微突变比较困难。
因此，诱变育种应该与其它技术相结合，同时谋求技术上的自我完善。
而提高诱变效率，迅速鉴定和筛选突变体以及探索定向诱变的途径，是当前研究的重要课题。
空间诱变是20世纪80年代发展起来的助航天技术手段的诱变新技术，是空间技术、生物技术和农业育种技术相结合的产物。
生物体在空间特殊的环境下,产生可遗传的变异,从而获得有利的突变体。
空间诱变育种迄今已在农作物、蔬菜、花卉、微生物和昆虫卵等上进行了研究应用，特殊的的太空环境, 对植物生长、发育、生殖、遗传、癌变及衰老等方面有强烈的影响，很容易引起生物体的变异，通过对有益的变异体进行筛选，从而培育出作物的优良新品种，在生产上应用将产生巨大的社会经济效益。
空间诱变育种突变频率高、突变谱广、变异幅度大，良性变异多，有益突变率高，变异性状稳定较快，育种周期缩短，生物安全性高。
空间诱变既能明显改良作物的某些农艺性状,又可获得地面育种所难以得到且在重要经济性状上产生突破性影响的罕见突变。
因此，在生物品种改良上具有重要的现实意义。
我国政府十分重视空间诱变育种技术的研究与应用，并加大投入。
空间诱变作为产生新基因源和创造新种质的重要途径之一，已选育出的太空作物、太空蔬菜、太空花草、太空林木等越来越多。
空间诱变育种已成为我国空间生命科学研究的重要方面我国“神舟”号飞船的成功发射,为利用宇宙空间研究诱变育种开拓了广阔的前景。
诱变技术及其在辣椒育种中的研究进展
诱变技术及其在辣椒育种中的研究进展作者：周书栋杨博智欧立军梁成亮马艳青来源：《湖南农业科学》2015年第05期摘要：诱变技术作为一种增加遗传基因变异率的育种技术，在辣椒育种中有较大的应用潜力。
介绍了辐射诱变、航天诱变和化学诱变技术的特点及作用机理，重点综述了Coy射线、航天诱变和EMS诱变的机理及在辣椒育种中的研究进展，并对其发展前景进行了展望。
关键词：诱变；辣椒；育种；综述中图分类号：S603.6文献标识码：A文章编号：1006-060X（2015）05-0138-04诱变育种指采用人工方式对植物体（种子、植株、器官、组织、细胞等）进行诱发突变，使其产生遗传变异，并从中直接或间接地选育出在生产上有利用价值的新品种的育种方法。
该方法通过改变染色体结构或基因结构获得突变体，丰富物种的遗传变异范畴，在新品种选育及分子生物学研究中具有重要作用。
目前，创造突变体的手段主要有物理手段、化学手段和生物手段等。
笔者介绍了辐射诱变、航天诱变和化学诱变等技术的特点及作用机理，重点综述了Coy射线、航天诱变和EMS诱变的机理及其在辣椒育种应用中的研究进展，并对其发展前景进行了展望。
1 诱变方式及特点1.1 辐射诱变典型的物理诱变为辐射诱变.是指在人工控制的条件下，利用中子、质子或者射线等物理辐射诱变因素对种子或植株进行辐照，诱发其染色体数量和结构的变异，从而得到可供利用的突变体一种诱变方式。
常见的辐射源包括紫外线、x射线、y射线、粒子辐射（中子、带电粒子辐射）以及其他物理诱变剂（电子束、激光和离子注入）。
辐射诱变一般具有以下特点：（1）大部分突变为隐性突变，突变性状在第2代才表现出来，因而必须将M2代作为选择突变性状的起始世代；（2）突变频率与突变性状有关，叶色、株型、产量、熟性等突变易发生，抗性突变频率较低，故不同的突变育种性状应该构建不同大小的M2群体以供选择；（3）育种周期短，突变性状通常经过3-4代的选择即能达到稳状态，便于短时间内新品种的选育。
我国苜蓿空间环境诱变育种研究进展及展望
我国苜蓿空间环境诱变育种研究进展及展望
韩微波
【期刊名称】《核农学报》
【年(卷),期】2014(0)8
【摘要】空间环境诱变育种对改良苜蓿品种具有重要作用。
本文系统介绍了空间环境诱变主要因素、空间环境诱变苜蓿生物学效应及育种应用进展,并对苜蓿空间环境诱变育种前景进行了展望。
【总页数】5页(P1379-1383)
【关键词】空间环境诱变;苜蓿育种;研究进展
【作者】韩微波
【作者单位】黑龙江省农业科学院草业研究所
【正文语种】中文
【中图分类】S512.103.5
【相关文献】
1.湖南水稻空间诱变育种研究进展及其展望 [J], 彭选明;庞伯良;彭伟正;杨震;庞爱军;石纪成
2.我国空间诱变育种研究进展 [J], 杨震;庞伯良;谭林
3.我国大豆辐射诱变育种研究进展与展望 [J], 孙玉;姜永平;刘军民
4.植物空间环境诱变育种的研究进展 [J], 陈玉珍;王全德;苑振戈
5.我国水稻空间诱变育种研究动态与展望 [J], 李文华;罗成飞;李淑琴;夏红梅
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２ １０ ０７ 。 ０ １３０ ）
（ 江苏里下河地区农业科学研究所 ， 江苏扬州 ２ ５０ ） ２０ ７
摘要 ：阐述 了作物空 间诱变育种机理的研究进展 ， 空间诱变育 种的 主要 因素—— 空间辐射 与微重 力进行 了重 对
点阐述 ， 并对今后该领域 的研究前景提 出了展望 。
关键词 ： 物 ； 作 空间诱变 ； 机理 ； 空间辐射 ； 微重力
一
时， 被宇宙射线中 的高能重 离子 （ Ｚ 击 中后 ， Ｈ Ｅ） 种子 或组织
中有很多染 色体发生畸变 ， 植物体异常发育率增加 ， 而且高能
离子击中的部位不同 ， 畸变情况也不同， 根尖分生组织和胚性
ｌ ２℃ ， 由搭载初温度较 高逐步下降 ； ３ 返地段 ， （） 这一 阶段
主要 问题是 由于气动加热使得 卫星外 温度能达 ５００ ｏ 。 ０ Ｃ 宇宙飞船和返 回式卫星所处 的空间环境相类似 。
我国发放的高空气球 的高度在 ３ ４ ｍ之间 ， 留时 ０— ０ ｋ 停
间为 １ 右。高空大气结构 、 ０ｈ左 气温 、 空气 密度 、 压力 、 地磁 刚度 、 辐射流均与地面有很大 的差异 ， 另外还有强烈的紫外线 照射 ， 这些条件都有可能引起植物变异 。
１ ２ 返 回 式卫 星 和 宇 宙 飞船 ．
．
．—
—
１８ ・ ４ — —
江苏农业科 学 ２ １ 年第 ３ ０１ ９卷第 ６期
王建华， 何震天， 容 ， 张 等．作物空间诱 变育种机理的研究进展 ［ ］ Ｊ ．江苏农业科学 ， １ ， （ ） １８ １ １ ２ １３ ６ ： — ５ ０ 进展
王 建华 ， 震天 ，张 何 容， 王锦 荣 ， 刘 健 ，焦 隽 ，陈秀 兰
中图分类号 ： Ｓ一１ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ：０２— ３ ２ ２ １ ）６—０４ ０ １０ １０ （ ０ １ ０ １８— ３
利用返 回式卫 星等所 能到达 的空间环境 对植物 （ 种子 ）
的诱变作 用产生 有益 的变 异 ， 地面选育 植物新 种质 、 在 新材 料， 培育新品种 的高新技术育种途径和方法 ， 为空 间诱变育 称 种或航天 育种… 。自 １８ ９ ７年 以来 ， 国科学 家先后 进行 了 我 ２ ０多次农作物种子等生物材料 的空间搭 载试验 ， 过多年的 经
１ 空 间诱 变 方 式
占８ ％， ７ 氦离子占 １％ ， ２ 其他重离子 占 １ ％ 。 空间辐射和物质 的相 互作用可 以引发各种生物效应 ， 低
量和中量 的空间辐射引致生物效 应的原初损伤 是在 Ｄ Ａ分 Ｎ 子上 ， 伤形成是 一个复 杂的过程 ， 损 射线 的能量沉 积在物质 上， 引起 物质 的原 子和分 子的激发 与电离 ， 这个物 理过程约 １ 一１ ｓ ０ ０ 。局部能量沉积可以造成一些新 的化学物质的 生成 ， 电离过程 随后形成 自由基 ， 以及 自由基和物质的相互作
１ １ 高 空 气球 ．
用可以改变分子 的结构 。空 间辐射可 以引起 Ｄ Ａ多种类型 Ｎ
的损伤 ， 包括碱基变化 （ 如脱氨基 ） 碱基脱落 、 、 两键 间氢键 的 断裂、 单键断裂、 双链 断裂 、 螺旋 内的交联 、 与其他 Ｄ Ａ分子 Ｎ 的交联 和与蛋 白质的交联 ， 辐射使 Ｄ Ａ链断裂可以造成染色 Ｎ 体结构的变化 。空 间重粒子具有很 高的能量 ， 具有 比 ｘ射
２ 空间诱变 的主要因素
２ １ 空 间辐 射 ．
空 间辐射的主要来源包 括 ３个 ： 地球 磁场捕获 高能粒子
产生的俘获带辐射、 太阳外突发性事 件产生 的银河 宇宙射线 （ Ｃ 及太 阳爆发产生的太 阳粒子事件 （ Ｐ 。俘获带主要 Ｇ Ｒ） ＳＥ） 由质子（ 内区） 及电子 （ 外层带 ） 组成 ； Ｃ 中 ９ ％ 是质子及 ＧＲ ８ 更重的离子 ， 只有 ２ ％是 电子 和正电子 ， 在重 的部 分 中， 质子
地面种植筛选 ， 已有 ７ Ｏ多个 水稻、 小麦 、 棉花 、 油菜 、 豆、 大 花 生、 番茄 、 辣椒 、 茄子 、 芝麻 和牧草等作 物新 品种 （ 合 ） 组 通过 国家或省级审定 ， 广种植面积 ２ ０多万 ｈ ２ 并获得了一批 推 ０ ｍ ，
有 可能 对农 作 物产 量 和 品质 产 生重 要影 响 的 罕见 突变 材 料 。在育种者利用空 间诱 变技术选育植 物新品种 、 发掘新 材料的同时 ， 国内外 学者 对空间诱变育 种机理 的研 究也做 了 大量工作 ， 虽然 目前 空间诱变育种的机理尚未得到充分阐释 ， 但 已取得了可 喜的进展 。
线和 射线更强的相对生物学效应 ， 单个 高能粒子穿过生物 体时 ， 生物体 内蓄积 了大量 的能量 ， 并导致生物体 的损伤 ， 如 果能量停 留在生物体内 ， 则受到的损伤更大 ］ 。
王 彩莲 的研 究 表 明 ， 当植 物 种 子 或 植 物 组 织 在 空 间 运 行
我国近地返 回式卫 星 ， 起飞 到返地 可分 为 ３个 阶段 ： 从 （） １ 主动段 ， 即卫星升 空段 ， 这一 阶段较短 ， 只有几分 钟 ； ２ （） 运行阶段 ， 即在 近地点为 ２８ｋ 远地点 为 ３ ０ｋ ８ ｍ、 ０ ｍ左右 的轨 道上的运行段 ， 飞行周期为 １５ｈ 右 ， ． 左 微重力 、 真空度 、 电子 辐射积分能量均较高 ， 飞行时间为 ８～１ ， ２ｄ 飞行期温度为 ３ ４
分化细胞被 击 中时 ， 变率为最 高 。Ｎ ｖｇｄｎ 畸 ｅｚｏｉａ等利用核