農業育種的空間誘變技術淺析

楊毅

【摘 要】空間誘變育種是利用宇宙高能粒子輻射、微重力及弱地磁場等太空特殊環境因素的誘導，使作物染色體產生缺失、重復、易位、倒置等基因突變，回到陸地上，經過多代篩選、培育，形成特性穩定的新品種。太空環境的種子基因變異較為顯著，有變異頻率高，變異幅度大，有益變異增多等特點，易于快速有效的培育早熟、高產、抗病、優質及耐低溫等綜合性狀優良的新品種。

【關鍵詞】空間誘變育種；太空特殊環境；基因變異

農業育種的空間誘變技術也稱太空育種，是在返回式太空艙中搭載農作物種子或試管種苗等生物體，進入宇宙空間，太空倉在太空的飛行過程中，生物體處于高真空、微重力、宇宙高能粒子輻射、弱地磁和超低溫等綜合因素作用的特殊太空環境下，使生物自身產生基因突變，從而導致遺傳性狀發生變異。再回到陸地上，經過科研人員多代篩選、培育，可形成特性穩定的新品種[1]。

經過宇宙空間環境下基因誘變的太空種子和轉基因種子有本質區別。從基因結構的改變方式來說，轉基因技術是將一種生物基因引入到另一種生物中，與另一生物的基因進行重組，從而產生特定性狀的物質，作為一種新興的生物技術手段，它的不成熟和不確定性，使得轉基因食品的安全性成為人們關注的焦點?？臻g誘變育種只是利用宇宙高能粒子輻射、微重力及弱地磁場等太空特殊環境因素的誘導，使作物染色體產生缺失、重復、易位、倒置等基因突變[2]，回到陸地上，經過多代篩選、培育，形成特性穩定的新品種。在正常情況下，植物種子的這種變異也會發生，只是在自然環境下要經歷甚至上百年漫長的過程，而航天育種只是使這個速度加快而已，并不存在安全問題。傳統育種可能要經過長達十年的努力，才能得到一個適宜推廣的新品種。而太空育種通過個別基因的改變，在3～5年就可以穩定下來，得到新品種。

我國的空間誘變育種技術研究始于1987年，由我國第9顆返回式衛星把多個水稻和青椒品種的種子送入太空，探索太空環境對生物遺傳的影響，研究發現經歷太空環境的種子基因變異較為顯著，有變異頻率高，變異幅度大，有益變異增多等特點，于是開啟了我國利用太空環境的空間誘變育種事業。截至目前，空間誘變育種在我國糧食作物、經濟作物、園藝作物、水產品、生物制品等多個領域都有成果，其中育成審定的太空農作物優良品種已達數百個之多[3]。

經歷各地多年實驗研究，已經證明，空間誘變新技術在農業育種上的應用，可獲得常規育種難以獲得的特殊優異的經濟性狀，可創新選育出優良的新品種和優異的種質資源，使航天高新技術與農業遺傳育種相結合成為培育優質農作物新品種和新種質的有效途徑。曾經有40多個黃瓜品種和茄子及大蔥品種種籽，采用搭載返回式衛星、神舟飛船、實踐8號育種衛星方式，進行太空環境誘發經濟性狀變異，選育新品種，通過對培育篩選出的優良自交系和種質資源，進行田間試驗、配合力測定、抗病性測定和品質測定等綜合性狀鑒定，已培育出早熟、高產和耐低溫的蔬菜新品種。選育的過程證明，空間誘變育種技術在創造豐富的遺傳變異類型，快速有效的培育早熟、高產、抗病、優質及耐低溫等綜合性狀優良的新品種上效果顯著，經濟效益高。

在選育過程中觀察發現太空環境誘發的植物的經濟性狀變異，存在變異頻率高，變異幅度大，有益變異增多的優勢和特點，可獲得常規育種難以獲得的優異性狀，主要表現為以下特征：

1 幼苗莖葉生長迅速，植株健壯

經2、3、4代連續觀察，太空黃瓜種籽出苗早，一般可較未經搭載的對照提前1～2d，其幼苗生長速度快，植株健壯，出苗后8d，太空黃瓜各品種系株高較對照增高1.5～3.1cm，出苗后29d，株高85.6cm，較對照平均增高30.8cm。其莖葉生長迅速，生長勢強，莖長增長迅速，葉片大、葉面積系數高、植株結構合理、光合效率高成為增產的重要因素。對多個太空品系生育情況的測定證實，出苗后29d莖長分別較對照增高44.4～86.4cm，葉片數量增加顯著，葉片數量分別增加2.2～8個，畝產量分別達6875.5～9315.1kg，較對照增產47.3～99.4%

2 特早熟、結瓜、采收期早

根據三年的田間試驗表明，育成的黃瓜品種具有特早熟的優良性狀，在夏茬露地栽培的條件下，有九個品系連續三代，從播種至第一雌花期僅需27～31d，播種后32～37d，即可采摘鮮黃瓜上市，而現有常規早熟栽培品種，則需50～60d。太空黃瓜鮮瓜生長速度快，雌花開花后5～6d，單瓜重可達200～250g，瓜長30～35cm，7～8d單瓜重可達300～400g，且瓜肉仍十分新鮮，口感依然可口。播種43天后，鮮瓜畝產可達3000kg。單瓜重可達1200g，長57cm，最大達1.8kg。茄子和大蔥在選育過程中也有較為相似的表現。

3 耐低溫、低溫栽培增產顯著

黃瓜的生長適宜溫度是18～30℃，其正常發育所需的最低氣溫是12℃，低于12℃植株的光合作用、呼吸作用、光合產物的運轉等生理活動都受影響，甚至停滯，在露地栽培的條件下，太空黃瓜的耐低溫能力與常規對照品種比較，耐低溫能力表現突出，在10月份的低溫條件下，曾做過為期68天，有效積溫1052.7℃的抗寒性試驗（常規品種黃瓜生長期間要求有效積溫為2610～5600℃）。試驗期間，太空黃瓜的發芽生育天數為4d，有效積溫為92.8℃。對照品種則需10～13d，有效積溫210～270℃，其完成幼苗期～抽蔓期生育天數為35d，有效積溫630.2℃（一般品種則需50d，有效積溫870℃）結瓜前期生育天數為29d，有效積溫僅270.7℃，但其前期產量仍可達747kg，較對照品種分別增產824.0%、533.2%和823.6%。在低溫條件下對照品種產量很低，畝產普遍在120kg以下，有的甚至絕產。說明常規品種在低溫條件下，不能完成正常生長發育，產量很低，太空品種則表現出較好的抗寒性。

4 皮色性狀變異，雌瓜數量性狀變異

通過選育，獲得一個白色自交系，變異頻率為4.2%，皮色為白色，多雌型，瓜形好，雌瓜多，較對照增產66.7%，結瓜數較對照增加66.7%，是優良的鮮食型材料，市場前景看好。單株雌瓜數量是重要的產量因素，通過田間試驗，獲得的多個自交系，出現雌花數量增多的性狀變異，單株結瓜數量較對照提高27.3～112.1%，占自交系總數48.7%，有三組自交系屬強雌型品種，從中選育出結瓜數量高、多雌型、綜合性狀優良的自交系和育種材料應用于黃瓜育種。

5 產量性狀變異，產量高、增產顯著

空間誘變技術對黃瓜品種和自交系的產量提高十分顯著，其變異頻率高，變異幅度大，占自交系總數80.2%的品種表現出增產，有四組平均增產50%以上，分別較對照平均增產277.1%、78.2%、50.7%、53.4%，也有少數幾組自交系出現雄花增多，雌花減少的不利性狀變異。經過選育可獲得多雌型自交系育成品種，育成品種植株生長勢強，結瓜數多，產量性狀穩定，其鮮瓜畝產量可達7520.5～11281.0kg較對照組增產61.1～133.2%。在多地推廣種植，也增產顯著，表現良好。

此外，太空育成品種，在品質上也表現優良，結瓜數多，瓜形好，順直整齊，瓜肉綠色，肉質脆嫩可口，食味佳。有皮色為白色的品種出現，且高產，商品性狀良好。太空品種也表現出較好的抗病性狀，抗霜霉病、白粉病、病毒病、抗早衰。

由此可以表明，空間誘變育種技術，將航天高新技術與農業遺傳育種相結合，是培育優質農作物新品種和新種質的有效途徑，具有變異頻率高，變異幅度大，可獲得常規育種難以獲得的優異性狀，如早熟性變異，抗寒性強變異，雌花增多，高產等性狀變異尤為突出，可選育出具有豐產、多抗、穩產、優質、結瓜早和抗寒性強優良作物品種，效果顯著，經濟效益高。

【參考文獻】

[1]沈桂芳.我國的農作物航天誘變育種與研究[J].中國航天誘變育種，2007.76-80.

[2]蔣興村.空間誘變育種研究15年（1986-2001年）體會[J].中國航天育種，2007.71-75.

[3]孫永成.航天育種20年的歷史回顧[J].中國航天誘變育種，2007.22-25.

[責任編輯：王楠]