诱变育种新途径——航天搭载太空诱变育种

1 航天搭载,太空(空间)诱变 航天搭载,空间诱变可以简称为航天诱变育种,亦称太空育种.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200～400km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变异,返回地面后筛选、培育出符合要求的新品种.     

卫星搭载对甘草种子萌发中生理特性的影响

为探讨卫星搭载处理对甘草种子萌发中生理特性的影响,本文运用卫星搭载技术对甘草种子进行太空诱变处理,考察了卫星搭载后甘草种子（卫星1号,GF）在干旱胁迫条件下,萌发过程中的发芽率、胚根长势、可溶性蛋白变化以及过氧化物酶和过氧化氢酶的活力,并与地面对照组种子（地面组,GN）进行了比较。结果表明,在干旱胁迫条件下（水势－1．0MPa）,飞行组种子的发芽率、胚根长势要高于地面对照组,其萌发过程中的过氧化物酶、过氧化氢酶活力也高于地面对照组。卫星搭载处理后,甘草种子的抗旱性能增强。     

空间诱变对谷子农艺性状效应的研究

利用返回式卫星搭载,对8个谷子品种（系）的干种子进行空间诱变处理。种植观察发现,空间诱变对于一些基因型的种子发芽和幼苗生长势有一定的抑制作用,但是拔节后植株生长势强。诱变处理可明显增加各性状的变异幅度和变异系数,而且正向变异较多,株高降低,穗长和单株产量增加。诱变处理植株生育期多倾向晚熟,但仍有一定频率的早熟变异出现。诱变处理群体平均千粒重与对照相近,但出现一批千粒重超过3．4g的大粒变异类型。经过选择获得一批综合农艺性状表现优异、抗病、抗旱的大粒谷子新种质。本研究的结果表明,空间诱变可诱发谷子产生丰富的遗传变异,不同基因型对空I＇．-1诱变的响应存在差异。     

水稻空间技术育种的研究

为探讨空间条件对水稻育种的影响,利用返回式卫星搭载水稻干种子,返地种植,考察分析了12个亲本品种后代的性状表现及遗传与变异情况。结果表明：空间条件诱变的后代性状具有多样性变异和多向性遗传,且能稳定遗传,并有超亲遗传现象,诱变后代具有变异类型多、变异频率高、特殊突变体、育种周期短等特点。为进一步开发利用空间技术育种,在研究实践的基础上,提出了程序化、规范化、可操作性强的水稻空间育种技术规范。     

“卫星灵芝”让人类更健康

1什么是太空诱变育种 自1987年以来,我国利用返回式卫星和飞船搭载了各种植物种子、微生物菌种、动物等生物材料进行太空生命科学的研究。太空诱变育种是利用返回式卫星等所能到达的空间环境对生物体诱变作用产生的变异,在地面选育新种质、新材料,培育新品种的一种新型的诱变育种方法,称为航天诱变育种或空间诱变育种也称太空诱变育种。     

我国第1颗航天育种卫星升空

我国第1颗航天育种卫星“实践8号”9月9日升空。“实践8号”育种卫星搭载九大类180组2000余份种子材料,拟对农业产品进行较全面的研究。     

空间搭载诱导水稻种子突变的分子标记多态性分析

以卫星空间搭载广东水稻品种特籼占13干种子,返地种植后经5代选择、培育,获得一批形态及育性变异的突变体及品系（种）,如株高变矮,稻穗变大,雄性不育等。为了探索空间诱变的本质,对选出的6个突变体及2个优良品系,选用了130个10－mer随机扩增多态性DNA（RAPD经物和17对扩增片段长度多态性（AFLP）引物组合,分别对其基因组DNA进行多态性位点扫描分析,两种方法的结果均显示：不同的突变体与原种DNA之间存在不同程度的多态性差异,且由两法得到的结果较接近,为6％－12％。此结果从分子水平上进一步证明了空间环境确实对植物种子存在诱变作用。     

水稻航天诱变育种及其机理研究的进展与展望

我国首创利用返地式卫星搭载植物干种子进行地面育种的工作 ,并通过近 10年的选育获得了一批性状优良的水稻新品种。对水稻航天育种工作的特点 ,育种成果 ,尤其是对水稻航天诱变育种机理研究的进展情况进行综述 ,并对水稻航天育种工作的前景进行展望。     

太空环境对甘草DNA诱变作用和次生代谢产物的影响

甘草（Glycyrrhiza uralensis）种子搭载于一返回式卫星上,18天后返回地球（飞行回收舱平均辐射剂量为0.102mGy／d,飞行远地点距地球350km,重力为10^-6×g）,种子萌发并发育成熟。地面对照种子在相同环境下种植。甘草叶子用作ISSR分析,甘草一年生根的两种主要次生代谢产物采用高效液相色谱HPLC进行分析。在此实验中,使用22条引物,其中6条产生了不同基因条带。HPLC分析结果表明,搭载种子发育成熟的根的甘草酸（GA）和甘草苷（LQ）的含量分别比对照组高2.19倍和1.18倍。实验表明空间环境对甘草产生诱变作用并且影响其次生代谢产物。这些变化表明空间育种是一种新的有效方法并且能对濒危药用植物甘草资源的保护做出贡献。     

空间诱变创造高粱新种质研究

1996年,利用我国发射的返回式科学实验卫星搭载高粱恢复系唐恢28(TR28)干种子,回收后田间种植,对诱变后代的遗传变异进行相关研究,并进行生物化学和分子生物学技术验证,探索灰色理论对变异后代选择的有效性.结果表明:高粱空间诱变处理可获得丰富的变异类型,变异向有利和不利两个方向发展,通过选择可获得符合需要的各种变异类型.除黄化苗、不结实、结实后不出苗外,其他变异类型是可遗传的,并且其变异后代的稳定时间比常规杂交后代可提早2～3个世代.生物化学和分子生物学证实诱变选系之间及其与对照之间存在着遗传差异.获得了优质、高产、抗病性表现突出的高粱新种质.灰色理论应用于变异后代选择可提高育种效率.     

太空诱变对迷迭香(Rosmarinus officinalis L.)形态参数、光合能力和次生代谢产物含量和成分的影响北大核心CSCD

以未经太空诱变的迷迭香(Rosmarinus officinalis L.)为对照,研究了经返回式卫星搭载进行太空诱变后迷迭香在形态参数、光合作用以及次生产物代谢方面的变化。结果显示:太空诱变后,迷迭香优良株系的株高、冠幅、分枝数、分枝长、地上部生物量等形态参数有了明显提高,特别是反映迷迭香可采收量的地上部生物量,比诱变前提高了1.24倍。进一步研究发现,光合能力的提升是迷迭香诱变株系形态参数发生变化的一个重要原因,因为迷迭香诱变株系的叶绿素含量、最大净光合速率、表观量子效率比对照明显提高,而光补偿点则明显下降。作为迷迭香中最主要的生物活性物质,鼠尾草酸、迷迭香酸和精油的含量在太空诱变株系中明显高于对照,并且精油中主要组分的比例也发生了显著变化。上述结果表明,太空诱变中迷迭香可获得生物产量和经济产量的有益突变,从而证明航天育种技术在迷迭香优良品种选育中是可行的。     

航天搭载对小桐子种子萌发及幼苗生长的影响

研究了航天搭载对两个种源地小桐子种子萌发及幼苗生长的影响.结果表明:航天搭载降低了种子的活力;在幼苗生长方面,航天搭载对小桐子幼苗的成苗率没有显著影响,航天搭载扩大了版纳种源当代幼苗株高及地径的变异范围,对元阳种当代幼苗的株高及地径影响不明显.这说兑叫不同种源地的植物对太空环境的反应有所不同.本研究为航天技术有效的运用于小桐子诱变育种提供依据.     

玉米空间诱变后代SP4选系配合力效应分析

利用返回式卫星“实践八号”搭载3份玉米自交系08-641、RP125和18-599, 从SP4代中选出多个诱变系按不完全双列杂交设计配制杂交组合, 在四川和云南两个环境条件下进行种植鉴定。配合力分析结果表明, 3份玉米自交系经空间诱变后各性状的配合力发生不同程度的变化, 同组诱变系材料在四川和云南两种环境条件下的配合力表现存在较大差异, 且表现配合力差异的性状不同。诱变系C03的穗长、穗行数、行粒数和单株产量4个性状一般配合力(General combining ability, GCA)在该组试验中的正向效应值均表现为最大, 且显著高于基础材料08-641, 可能具有较大育种潜势; 诱变系C01和C04部分产量构成性状的GCA显著高于对照, 但单株产量GCA表现不明显, 需在育种中加以改良利用; 诱变系C06、R18和S22所配杂交组合在产量及产量构成性状上的特殊配合力(Specific combining ability, SCA)表现较优, 这些结果为玉米杂交种的选育提供了重要参考。     

空间诱变、γ射线及复合处理对光温敏核不育水稻1 S诱变效果的研究

利用空间诱变、60Co-γ射线单一与复合处理光温敏核不育水稻株1 S干种子,后经地面种植观察,统计当代生物学效应,二代研究其诱变效果。结果表明:三种处理方式对光温敏核不育水稻株1 S干种子的影响在当代性状上表现出来。从二代中选择出了一些有益的突变株系,及矮化独秆苗、矮化丛生苗等具有功能基因组学研究价值的突变类型。     

空间条件对几种粮食作物的同工酶和细胞学特性的影响

搭载１９８７年发射的两颗返地卫星（８月５—１０日和９月９—１７日）的几种小麦、大麦种子,经回收后初步研究表明：（１）对发芽率的影响：空间处理的种子,其发芽率与对照无差别;（２）对茎及生育期的影响：空间处理的种子长成的幼苗比对照强壮,植株高度有些品种明显的矮于对照。生育期有不同程度延长;（３）对染色体结构的影响：花粉母细胞减数分裂观察表明搭载卫星的种子当代可诱导出比地面更多的染色体桥、落后染色体及染色体数目异于正常体细胞数目的现象。小麦品种Ｃｏｃｏｒｉｔ—７１经空间处理后花粉母细胞的染色体数目异常可高达２０．５１％,而地面对照组其花粉母细胞基本正常（２ｎ＝２８）;（４）对同工酶的影响：经空间处理的小麦种子酯酶、过氧化物酶的同工酶谱带空间处理的比地面对照减少。由此可见,空间处理可诱导纯合植物种子发生变异,为农作物育种创造一个新途径。     

甲基磺酸乙酯（EMS）对萝卜早期发育性状的诱变效应

甲基磺酸乙酯(EMS)诱变育种有着诱变频率高、突变性状多及破坏性小等优点被广泛用于多种作物诱发突变育种。本研究利用不同浓度的EMS对不同品种的萝卜种子进行浸种处理后,发现EMS对萝卜的种子发芽率、萝卜苗根部长度及田间性状等指标上的诱变效应。研究结果表明随着EMS浓度(0.2%~2%)的增加,种子发芽率急剧降低且萝卜苗期根长明显变短,整体呈显著的抑制生长作用。不同品种间对EMS的敏感度依次顺序为短叶-13>夏抗40>春白11-58>双红一号。以半致死浓度为EMS浓度选择标准,确定了EMS处理不同品种萝卜间的适宜浓度为0.4%~0.6%。通过田间性状调查发现0.5%EMS处理短叶13萝卜种子下播大田后,相比对照处理品种表现子叶卷曲及撕裂、真叶增厚及黄化等情况,进一步表明EMS对短叶13萝卜存在的诱变效应。本研究确定了化学诱变剂EMS对萝卜诱变的半致死剂量,初步确认EMS对萝卜早期生长发育性状的诱变效应,将为后期的萝卜诱变育种研究提供研究材料和参考。     

卫星搭载鸡冠花种子SP2代的生长、发育与性状变异研究

对卫星搭载处理的鸡冠花SP2代种子萌发、植株生长、开花以及主要性状在群体中的变异进行了观察.与对照比较,SP2种子发芽势提高,发芽率有所下降,萌发延迟.群体茎粗与对照相比显著增加;选择系在株幅、茎粗间出现了较大差异.在SP2株系间开花时间和花期出现了明显分离,株系群体中有花期明显提前和延迟的单株出现.20个株系中有16个株系的单株种子量比对照显著减少.在SP2株系中株高、株幅呈非正态分布,茎粗和花期呈偏正态分布.在处理的株系群体中有植株显著高大、多分枝、叶色、叶型、冠型、冠色及花期等显著性状变异出现,产生性状变异的单株频率为0.07％-1.26％,表明空间诱变所产生的变异性状开始在SP2代出现.     

空间诱变高粱突变体的研究

1996年经返回式卫星搭载处理的纯系高粱品种晋粮5号（CK）的种子经次年播种后,获得少量矮秆早熟突变体（SP3）。此后连续二年播种,该突变体矮秆早熟性状稳定。该突变体与未经搭载的对照相比,有如下不同之处：（1）成熟期缩短15 d左右,株高降低40 cm。（2）穗长增加3.9 cm ,每穗籽粒数比对照多400粒。（3）SP3平均千粒重为34 g,对照为27 g。（4）SP3叶片变窄,变短,增厚,叶面积减少了43%～22%。（5）SP3穗轴长度比对照增加30%,各节间长度比对照缩短了67%～15%。（6）SP3种子中亮氨酸含量比对照增加15%,可溶性糖含量比对照增加25%,单宁含量降低了30%。     

S3307对大豆幼苗生长的影响

大豆（Glycinemax）品种浙春2号,以53307（浙江省农科院生化实验厂生产的5％乳剂）作如下处理：（1）l00mg·L－1浓度浸种（种子与药液量比为1：1．5）,Zh后播种;（2）土施（种子播后覆土以上述浓度均匀喷雾在土表）;（3）喷苗（大豆长至2片复叶展开时以上述浓度喷雾）。后两种处理的药液用量均为对skg·hm－2,以喷清水作对照。播种后10d调查出苗率,45d时每个处理取15株考查豆苗素质。试验重复3次,每次重复3盆,每盆定苗6株。另外还作了不同浓度S3307的比较试验（10、50、100mg·L-3种浓度,以清水作对照）,于大豆真叶展开时均匀喷…     

卫星搭载啤酒酵母糖代谢相关酶类活性变化

分析了搭载于实践八号育种卫星的啤酒酵母的存活情况和糖代谢相关酶类活性。啤酒酵母于YPD液体培养基培养,培养过夜后用新鲜YPD稀释106倍,分装后分别置于地面和卫星搭载两种条件下15d。返回地面后收集样品,利用稀释平板计数法检测啤酒酵母活力,采用酶解结合分光光度法检澳4酵母糖原水平,分光光度法检测己糖激酶、琥珀酸脱氢酶和苹果酸脱氢酶的活性。结果发现,卫星搭载样品的菌落形成数显著高于地面对照组,卫星搭载样品是地面对照的3．1倍;卫星搭载啤酒酵母样品的己糖激酶和琥珀酸脱氢酶活性均明显低于地面对照组,而卫星搭载样品的苹果酸脱氢酶活性明显高于地面对照组;卫星搭载样品的糖原水平均低于相对应的地面对照组。表明,太空飞行下可导致啤酒酵母的存活率提高,同时伴有糖代谢相关酶活性和糖原水平的变化,提示太空飞行条件下引起糖代谢变化有利于啤酒酵母存活。