赵桂娟的太空育种

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1、EII639980SS当H0理太空育种摘要：太空育种是集航天技术、生物技术和农业育种技术于一体的育种新途径。大量的试 验证明，太空育种已培育出许多高产、优质、抗逆性强的优良品种，是一个前景很好的新的 育种方法。关键词：太空育种一、什么是太空育种太空育种也称空间诱变育种或航天育种，是指将植物种子、试管种苗或其他生物种苗放 在航天器上，送到太空，利用太空特殊的、地面很难模拟的环境，即微重力、高真空、强宇 宙高能粒子射线辐射、宇宙交变磁场、高洁净及大温差等方面的诱变作用，使种子基因产 生遗传变异，再返回地面选育，培育新品种的育种新技术1。二、太空育种机理及诱变的生物学效应空间环境与地球环境之间差异巨

2、大，太空的特殊条件对进入空间的生物材料具有明显诱变 作用。空间诱变中高能重粒子(HZE)能更有效地导致细胞内遗传物质DNA分子的双链断裂， 而且其中非重接性断裂所占的比例较高，从而有更强的诱发突变能力。另外，微重力条件可 以抑制复机制，即微重力与辐射可以产生协同作用，增加变异率。太空诱变导致的死亡率较 低，这样，发的各种突变都可能表现出来，从而培育出新品种。三、太空育种的生物种类1、植物种类截止目前，曾经幸运进入太空的生物以植物占大多数，其中粮食作物有麦、 大麦、谷子、水稻、甘薯、玉米、高粱、绿豆、红小豆等；蔬菜有萝卜、青椒、 茄子、番茄、绿菜花、大蒜、黄瓜、丝瓜、辣椒、香菜、韭菜、青菜、瓠子

3、、芥 苜蓿等；经济作物有棉花、烟草、西瓜等；裸子植物有白皮杉、油衫、石刁柏等； 油料作物有大豆、油菜、蓖麻、芝麻、竺麻、向日葵等 药用植物有西洋参、枸 杞、甘草等；花卉有仙人掌、鸡冠花、菊花、百合等。.1. 1太空育种的粮食作物航天一号0小麦是1998年山东省农科院原子能所利用一般小麦和美国黑小麦经 过杂交形成的新品系，然后通过返回式卫星携带进入太空诱变，再经连续7代定 性试种培育而成的。/航天一号0小麦良种于2003年试种12. 5公顷获得成功。经 10多个测试点的实际计算，大田种植的0. 7万公顷，平均每公顷超过9600千克， 部分农户个别地块每公顷超过11200千克。可增产1200 16

4、00千克/公顷。/航天 一号0小麦的抗逆性、抗病性十分明显；且耐盐碱、抗干旱，表现出较强的生命 力。2003年11月21日 由河南省原阳县提供的40克水稻育秧种子搭载我国第十八 颗返回式科学与技术试验卫星，在太空遨游18天后返回地面，经数十位育种专 家艰辛遴选、定向培育，2007年该县太空水稻选育获得了一个富含硒、铁、钙等 微量元素，外观饱满晶莹，口感良好的水稻新品种，艮黄蕊一号0太空营养米。1. 2太空育种的蔬菜2007年上市的太空茄子是在2002年第一批搭乘/神舟四号0飞船上天的武汉优 质茄种的基础上，历经5年的精心培育、六次改良的品种。这批茄子的抗病性好， 试种的1公顷茄子，从未使用过农

5、药，其口感更柔和，茄香浓郁。在其生长过程 中，茄子的颜色由深变浅，烹饪后又会由浅紫红变浅绿，有点像/变色龙0。2007 年，分别在山东苍山县、武汉市郊区、湖北长阳高山蔬菜基地进行了试生产，消 费者反映良好，市场前景较好。1. 3太空育种的花卉2008年4月7日 我国首批在太空失重条件下进行变异试验的/太空牡丹0在山东 荷泽曹州百花园盛开，20株/太空牡丹0长势喜人，花色多达5种，有粉色、红色、 墨紫色、白色和淡黄色。最引人注目的是一株白牡丹，开出了16朵洁白硕大的花 朵。与普通牡丹相比，/太空牡丹0已表现出出土早、植株生长快、开花早、叶片 细长等特点。这批种子2002年9月栽植，2003年发芽

6、，共存活28株苗。2006年，2 株牡丹首度开花，比一般牡丹提前了 12年。2007年，开花牡丹增加到15株，放 花蕾达30多朵。2008年开花植株则增加到20株2006年9月，12个品种共计2400颗 百合种子，搭载/实践8号0返回式科学与技术试验卫星进行太空育种，其中2200 颗种子在中科院植物所进行胚芽培养，10月培育成种球，预计将在2009年6月开 花。1. 4太空育种的水果2006年9月，天津市一种西瓜籽种搭乘中国首颗育种卫星15天，2007年4 月，经过太空育种的西瓜籽种经两次试种，已经成功分离出具有新基因的植株， 而通常一个新的西瓜体系的形成需要3至5代才能达到稳定阶段。目前，太

7、空西 瓜籽种已经开始第三次分离试种，2008年10月份，经过三次分离稳定的太空西 瓜籽种将面向全国推广示范种植。1. 5太空育种的经济作物1996年，选送的芝麻搭载我国第17颗返回式卫星上天，中国农业科学院武 汉油料研究所历经6年田间培育后，于2002年培育出高产、优质、抗病、抗倒伏 的个。2006年，我国首批/太空棉0良种在山东省大面积种植成功。中国农科院棉花研 究所检测表明:/太空棉0在太空育种后粒大、赘芽减少、花芽增加，具有每公 顷产6400千克的潜力。2、太空育种的动物2002年，我国进行动物太空育种实验，选中的禽蛋，是江西特产的泰和县 武山凤鸡蛋。凤鸡又叫/丝羽乌骨鸡0，其头小、颈短

8、、眼乌、羽毛白，身体轻小, 行动迟缓，极易与其他品种区别，太空育种后易于鉴别其可能出现的各种变异。/ 神舟三号0飞船上共搭载凤鸡蛋9枚，它们是2002年3月18日产下来，3月20 日便被装进飞船的返回舱中，5天后飞上太空，7天后返回地面。4月2日，这9 枚凤鸡蛋被送到国家家禽测定中心的孵化箱里。4月23日，1雄2雌3只太空鸡 破壳而出，另外6枚则提前夭折。研究人员从太空小鸡的外表，观察它们与地面 出生的小鸡有何不同，随即用各种生物学的技术，从分子水平分析其胚胎发育、 遗传变异等方面是否有所改进和优化。但是，要获得优良的太空鸡品种，至少还 要通过二三代的选育5。2005年8月29日，我国首次进行

9、的带水系统水产品动植物太空育种试验获 得成功。厦门水产研究所率先在我国第21颗返回式科学实验卫星上，进行了该 试验。此次航天搭载试验被命名为/鲤鱼跃龙门0。在首飞太空的国产水产种苗 中，包括了鱼、虾、贝、藻的卵子、种苗和微生物组成的共计14个样本，厦门盛 产的紫菜和丰年虾是其中之一。14个水产品样本历经密闭时间共计70天整，从 太空返回后均获存活。个别水产动物落地前已繁育出子代，落地后已产生后代。3、太空育种的微生物1984年，美国研究员将黑曲霉放入太空长期飞行器中，1990年取回发酵，发 现单宁酸产生率提高75%，菌株的活性也大幅度提高。1987年中国科学院微生物 所、遗传所和上海植物生理所

10、等单位搭载了 10多种微生物材料，结果显示：微生 物生长速度有较大变异，有明显提高、不变、降低甚至夭亡的三种类型。选出产 生纤维素酶、果胶酶、淀粉酶效价成倍提高的菌株芽孢杆菌的超氧化物歧化酶 的活性也得到较大提高。1999年11月，北京/东方红0航天生物产业化基地的红 曲霉菌进入太空，里面提取的他汀类药物成分大大提高，最多的比传统含量提高 了 7. 8 倍。科技人员对2002年12月30日首次上天的4个微生物肥料菌种菌落形态、 菌体形态、温度生长、芽孢耐热性、代谢产物等进行了一系列研究，选育出了具 有固氮、解磷、解钾能力强并互不拮抗的多种菌株 研制了适应优良菌种快速生 长繁育的高效专用培养基，

11、制成了增效复全微生物菌种剂，增强了菌种抗逆性, 使菌种保存期达到2年以上，是国家标准的4倍6。四、影响太空育种成败的主要因素1、种子纯度目前在国内外，种子搭载之前首先要进行种子的纯度检测，保证种子的纯 度。搭载回来以后要进行地面第1次试种，出苗时形态性状，如株高、长势等肯 定会表现很多性状分离，要对每1株进行检测。选择有良好变异的单株进行第2 代种植，仍然出现非常大的性状分离，把性状不好的全部淘汰掉，把好的突变 体后代再进行第3代种植。第3代种植后，把最好性状的种子搜集起来种植第4 代，一般第4代很稳定，即获得了 1个稳定的新品种。2、生长环境要特别注意种子生长过程中的生长环境问题，很多品种表

12、现型上的退化不是 真正的品种退化，而是因为周围授粉环境不好。比如太空椒，旁边种的不是太空 椒的花粉传过来，其后代又有可能返回原始性状。因此，要保持太空椒的优良性 状，关键是要为其创造良好的繁殖环境。3 、太空停留时间对于在太空停留时间对太空育种结果的影响这一课题，华南农业大学做过 以下试验：把种子按照顺序排在核激板上，等种子回来之后，从核激板上可以 探测出种子经过高能离子辐射的次数。由于太空育种的精确度上难以控制，带有 一定的盲目性，因而种子被高能离子击中的次数并不是越多越好，在太空中停 留时间并不是越长越好。只要高能离子能够准确击中种子的DNA链条，并且是向 着人类需要的方向组合就可以。太空

13、育种结果与在太空停留时间没有太大关系。 俄罗斯将在和平号空间站搭载6 a的番茄种子赠送给我国，其后代表现并优于国 航天器搭载20多天的结果。这正是由于太空有许多辐射条件是人类试验难以模 拟的，人为控制太空受辐射的强度或剂量目前是不可能的。毕竟高能离子的辐射 是随机的。太空育种必须要配合田间观察和选择等常规育种手段，这是不可分割 的，同时还要采用分子检测手段。五、太空育种的选育过程和安全性1、太空育种的选育过程太空育种是一个育种研究过程，搭载回来的种子只是走完万里长征第一步，整 个研究最繁重和最重要的工作是在地面上完成的。种子上天后并不一定都能发生 性状优异的突变，即使出现优异突变，也不可能即刻

14、就能稳定遗传。种子搭载 之前要先进行种子的纯度检测，搭载回来后要进行地面第一次试种，种的时候会 出现很多性状分离，比如有长高的有长矮的，有长壮的有长弱的，要对每一株进 行检测，特别重视那些有良好变异的单株进行第二代种植，仍会出现很大的性状 分离，第二代时选留下性状好的，再进行第三代种植，然后把最好性状的种子搜 集起来种第四代，一般来说第四代就很稳定了，这时就获得了一个稳定的新的幼 苗品种。总之，先将太空种子都播种下去，从第二代开始筛选突变单株，然后将 选出的种子再播种，自交繁殖，如此繁育三四代后，才有可能获得遗传性状稳定 的优良突变系。每拨太空遨游过的种子都要经过连续几年大量的地面筛选、稳定

15、和鉴定试验，其中的优系再经过考验和权威部门的审定才能称其为真正的/太空 种子0。这项工作涉及细胞学、遗传学、分子生物学等多学科领域。2、太空育种的安全性专家认为，太空育种并没有经过人为的方法将外源基因导入作物中使之变 异，它作为一种诱变育种技术可使作物本身的染色体产生缺失、重复、易位、倒 置等基因突变，这种变异和自然界生物的自然变异一样，只是时间和频率有所 改变，本质上只是加速了生物界需要几百年甚至上千年的自然变异7。太空中 宇宙射线和辐射较强，这是生物发生基因变异的重要条件，目前人工辐射育种 中的辐射剂量只是国际食品安全辐射剂量的几十分之一，而太空中的辐射剂量 还不到人工育种辐射剂量的百分之

16、一，应该是没有危害的，宇宙射线引起的基 因变异是让其自身发生变异。我国颁布的有关转基因安全管理规定中特别排除 了对自身通过突变产生的新物种的管理，这也说明太空育种是非常安全的。太空 食品是按照人类需要选择出来的，不是转基因食品。至于污染，则是栽培方法和 使用农药、化肥的问题。六、太空育种的优缺点太空育种具有变异率高，变异幅度大、有益变异多、变异稳定快、变异遗传 性好以及高产、优质、早熟、抗病力强等诸多优点，其变异率较普通诱变育种高 3- 4倍，育种周期较杂交育种缩短约1倍，由8年左右缩短至4年左右。太空诱变 育种诱导种子发生变异的因素来自太空，种子返回地面后也要按照常规育种方 法进行选育。故太空育种只有和其他育种方法相结合使用才能培育出新品种。据统计，以太空育种最