航天诱变效应在水稻育种中的作用

２１ ０ １年 １ Ｏ月
航天诱变效应在水稻育种中的作 用
常 逊
（ 汉大学文理学 院 生物与环境工程学部 ， 江 武汉 ４ ０ ５ ） ３０ ６
摘
要 ： 绍 了航 天 育 种 的 概 念 ， 介 以及 国 内外航 天 育种 的发 展 状 况 ， 阐述 了航 天 诱 变 效 应 在 水稻 育 种 中 的作 用
２ 高空环 境对 生物 影响 的关键 因素
２ １ 微 重 力 ．
品 供 给 及 生 存 安 全 ， 罗 斯 的 航 天 员 在 “ 平 ” 空 间 站 上 俄 和 号
长 期 生 活 期 间 曾播 种 过 小 麦 、 葱 、 花 等 植 物 ， 些 植 物 洋 兰 这 要 比在 地 球 上 生 长得 快 ， 熟 得 早 。美 国在 太 空 实 验 室 和 航 成
进 程 加 快 引起 的需 求 日益 增 大 的压 力 ， 受 到 耕 地 减 少 、 又 水 资 源短 缺 和基 础 设 施 薄 弱 等 各 种 因 素 的严 重 制 约 。 要 保 障 全 国人 民 丰 衣 足食 ， 农 业 和 农 村 经 济 不 断 跃 上 新 台 阶 ， 使 根 本 出路 在 于依 靠 科 技 进 步 ， 别 是 将 高 新 技 术 应 用 于 农 业 的 特
能 重 离 子 等 。 Ｄ Ａ 和 生 物 膜 是 射 线 作 用 的 靶 ｊ ｏ ｃｅ Ｎ 。ｈ ｍｅｇ 研 究 认 为 ， 间辐 射 主要 导 致 作 物 遗 传 物 质 的 损 伤 ， 如 突 空 诸
变 、 瘤 形 成 、 色 体 畸 变 、 胞 失 活 、 育 异 常 等 。 重 离 子 肿 染 细 发 辐 射 生 物 学 研 究 的 结 果 表 明 ： 子 、 能 重 离 子 等 能 非 常 有 质 高
１ 绪 论
当今 世 界 人 口的增 长 和生 产 的 发展 ， 农 业 资 源 的 消 耗 对 越 来 越 多 ， 一 问 题 在 超 过 ｌ 人 口的 中 国显 得 尤 为 突 出 。 这 ３亿
从 长 远 看 ， 国农 业 面 临 人 口增 加 、 民 生 活 改 善 和 工 业 化 我 人
空 间 的重 力 环 境 明显 不 同于 地 面 ， 及 地 球 上 重 力 １ １ 未 ／０ 的微 重 力 是 引起 植 物 遗 传 变 异 的 重 要 原 因之 一 。 许 多 实 验
天 飞 机 上 也 进 行 过 种 植 松 树 、 麦 、 豆 等 植 物 的 试 验 ，发 燕 绿 现这些植物在失重条件下生长不仅没有受到影响 ， 且蛋 白 而 质含量高 ， 说 明在 宇 宙 空 间种 植农 作 物 可 以提 高产 量 。 这
芪 等 １ 品种 ， 些 品 种 已 在 北 京 航 天 育 种 试 验 基 地 播 种 。 ９个 这 此 后 ， 国 相 继 建 立 了多 个 航 天 育 种 试 验 示 范 基 地 ， 经 过 全 对
太 空邀 游 的作 物种 子进 行 选 育 、 植 试 验 和 示 范 。 由 中 国航 种 天育 种 上 海 试 验 基 地 进 行 的太 空 黄 瓜 、 空 甜椒 和 太 空 番 茄 太 等蔬 菜 的 种植 试 验 已获 得 成 功 。试 种 结 果 表 明 ， 在诸 多 太 空 蔬 菜 品种 中 ， 瓜 、 椒 、 茄 品 质 最 优 ， 些 太 空 瓜 果 不 仅 黄 甜 番 这 体积大 、 泽亮丽 、 色 口感 清 爽 、 营养 丰 富 ， 且 产 量 高 ， 本 不 而 基 依 赖 化 肥 和农 药 ， 有 很 强 的 地 面 环境 适应 性 和 抵御 病 虫 害 具
性 增 等 ）的 植 株 或 芽 体 ， 一 步 选 育 出新 种 质 或 培 育 出新 品 进 种 的农 业 高 新 技 术 。 １ ２ 国 内 外 航 天 育 种 的 现 状 ． ２ Ｏ世 纪 ５ Ｏ年 代 以 来 ， 星 、 船 、 天 飞 机 、 间 站 相 卫 飞 航 空 继 问世 ， 空 间 生 命 科 学 应 运 而 生 。为 探 索 空 间 条 件 下 植 使 物 生 长 发 育 规 律 ， 善 人 类 生 存 的 小 环 境 ， 决 航 天 员 的食 改 解
证 明 ， 物感 受 和转 换 微 重 力 信 号 ， 通 过 质 膜 调 节 细 胞 内 植 是 钙 的水 平 、 变化 磷 脂 ／ 白质 的排 列 顺 序 等 ， 蛋 引起 Ａ Ｐ酶 、 Ｔ 蛋
白质 激 酶 、 Ａ 氧 化 还 原 酶 及 光 系 统 中 许 多 酶 类 的 活 性 变 ＮＤ
结果 ， 大气结构 、 气密 度 （ 真空 ） 压力 、 磁强度 、 如 空 超 、 地 气 温 等 。 这 些 因 素 与 微 重 力 、 间辐 射 、 座 子 激 活 共 同 引 起 空 转
加 ， 小 体 数 目减 少 等 现 象 。有 研 究 结 果 指 出 ， 重 力 是 通 核 微 过 增 加 植 物 对 其 他 诱 变 因 素 的 敏 感 性 和 干 扰 Ｄ Ａ损 伤 修 复 Ｎ 系 统 的 正 常 运 作 ， 而 加 剧 生 物 变 异 ， 高 变 异 率 。 从 提
米粒 紫 色 ， 优 质 晚 季 紫 色 香 糯 。１８ 是 ９ ７年 ， 国科 学 院 遗 传 中
研 究 所 与 黑 龙 江 省 农 科 院 园 艺 所 协 作 ， 卫 星 搭 载 处 理 甜 用 椒 ， 第 三 代 出现 了 ６ ０ 其 ０ ｇ以 上 的 大 果 。
４ ２ 诱 变 频 率 高 ．
机 理 ， 对 未 来水 稻 航 天 育 种 的 发 展 提 出 了一 些 建 议 。 并
关键 词 ： 稻 ； 天 育 种 ； 变 ； 变机 理 水 航 诱 诱
中 图分 类 号 ： ３ １ 文 献 标 识 码 ： Ｑ一 ３ Ａ
文章 编 号 ： ７ ／ ２ １ （ ）０ ２０ ２ ６ ＷＨ ０ １ ２ － － ０ ７ ３
３ ３ 其 他 因素 的复 合 效 应 ．
分 裂 、 胞 运 动 、 胞 间 信 息 传 递 、 合 作 用 和 生 长 发 育 等 生 细 细 光
理 生 化 过 程 ， 出现 细 胞 核 酶 变 、 裂 紊 乱 、 缩 的染 色体 增 并 分 浓
生 物 材 料 产 生 突 变 是 飞 行 环 境 中诸 多 因 素 综 合 作 用 的
发展 ” 。 ｊ
麦 、 菜 、 椒 、 瓜 、 茄 、 葱 、 瓜 等 作 物 在 试 种 、 范 和 油 青 黄 番 大 西 示
推 广 ， 种 和 推 广 面 积 达 几 百 万 亩 ［ 。 １９ 试 ｓ ９ ９年 我 国 还 利 用 Ｊ
１ １ 航 天 诱 变 育 种 的 含 义 ． 航 天育 种 ， 叫太 空 育 种 ， 又 是利 用航 天技 术 ， 过 返 回 式 通
的能 力 。
磁 场 等 特殊 空 间 环 境 条 件 对 种 子 、 木 的 作 用 ， 使 作 物 种 苗 诱 子 、 木 发 生 基 因突 变 或 染 色 体 畸 变 ， 地 面种 植 ， 选 出 发 苗 经 筛 生 有 益 变 异 （ 粗 粒 或 果 型 增 大 、 量 增 多 、 质 提 高 和 抗 病 如 产 品
第 一 艘 航 天试 验 飞 船 搭 载 了 一 批 农 作 物 种 子 ， 有 ２ 共 ０个 品
种 ， 括一个优质面包小麦品种和灵芝 、 花 、 胡 、 蓝 、 包 红 柴 板 黄
航 天 器 （ 星 或 飞 船 ） 种 子 、 木 带 到 ２０～４ ０ ｍ 的 太 卫 将 苗 ０ ０ｋ
空 ， 用 太 空 中 的宇 宙 射 线 、 重 力 、 粒 子 、 真 空 大 交 变 利 微 重 高
２ ２ 空 间辐 射 ．
生 物 体 内 遗 传 物 质 的 结 构 改 变 ， 而 产 生 变 异 。太 空 的条 件 进
极 为 复 杂 ， 常 是 多 因素 的综 合 效 应 。 常
许 多 实 验 证 明 ， 间 诱 变 与地 面 辐 射 处 理 发 生 的 变 异 情 空 况 有 许 多 类 似 之 处 ， 射 敏 化 剂 预 处 理 能 增 加 生 物 损 伤 。 宇 辐 宙 空 间 辐 射 源 包 括 各 种 电 子 、 子 、ｔ 子 、 能 重 离 子 和 高 质 Ｏ粒 低
美 、 两 国 已先 后 培 育 出 百 余 种 太 空 植 物 ， 括 番 茄 、 １、 俄 包 萝 － 甜菜 、 蓝 、 苣 、 菜 、 瓜 、 葱 等蔬 菜 甘 莴 生 黄 洋 。
目前 ， 有 俄 罗 斯 、 国 和 中 国 在 航 天 育 种 方 面 进 行 了 只 美
研究 ， 我 国 的 航 天 育 种 研 究 水 平 已达 到 世 界 先 进 水 平 。 自 而 １８ ９ ７年 以来 ， 国 利 用 返 回 式 卫 星 和 试 验 飞 船 成 功 地 进 行 我 了 ９次 搭 载 ， 搭 载 了包 括粮 食 、 济 作 物 、 菜 、 卉 、 生 共 经 蔬 花 微 物 菌株 等 ８ ０多 个 品 种 ， 育 出 一 批 高 产 、 质 的 农 作 物 新 ０ 培 优 品 系 和新 品种 ， 塑 造 了 一 批 新 的 种 质 资 源 。 已 有 水 稻 、 还 小
４ 航 天 诱 变 育 种 的 特 点
航 天 诱 变 和 人 工 理 化诱 变 一 样 ， 会 出现 遗 传 变 异 和 非 都
遗传变异 、 利 突变和 不利 突变 ， 有 突变体性 状稳定 快 、 有 都
育 种 周期 短 等 特 点 ， 航 天 诱 变 育 种 又 有 一 些 独 特 之 处 。 但 ４ １ 突 变 的 广 谱 性 ． 航 天 诱 变 比人 工 理 化 诱 变 性 状 变 异 范 围 更 广 、 度 更 幅 大、 出现 特 异 突 变 的 机 率 更 高 。 “ 紫 香 糯 ” 是 经 空 间 诱 卫 就 变而得到的一个特殊突变体 ， 谷壳紫 色， 其 茎秆 和 中 缘 紫 色 ，
效 地 引 起 细 胞 内 遗 传 物 质 Ｄ Ａ分 子 的 双链 断 裂 和 细 胞 膜 结 Ｎ 构 发 生 改 变 ， 其 中非 重 接 性 断 裂 的 比 例 较 高 ， 而 对 细 胞 且 从