農(nóng)業(yè)育種的空間誘變技術(shù)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(huán)境因素的誘導(dǎo)，使作物染色體產(chǎn)生缺失、重復(fù)、易位、倒置等基因突變，回到陸地上，經(jīng)過多代篩選、培育，形成特性穩(wěn)定的新品種。太空環(huán)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(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)及耐低溫等綜合性狀優(yōu)良的新品種。

【關(guān)鍵詞】空間誘變育種；太空特殊環(huán)境；基因變異

農(nóng)業(yè)育種的空間誘變技術(shù)也稱太空育種，是在返回式太空艙中搭載農(nóng)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(huán)境下，使生物自身產(chǎn)生基因突變，從而導(dǎo)致遺傳性狀發(fā)生變異。再回到陸地上，經(jīng)過科研人員多代篩選、培育，可形成特性穩(wěn)定的新品種[1]。

經(jīng)過宇宙空間環(huán)境下基因誘變的太空種子和轉(zhuǎn)基因種子有本質(zhì)區(qū)別。從基因結(jié)構(gòu)的改變方式來說，轉(zhuǎn)基因技術(shù)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(chǎn)生特定性狀的物質(zhì)，作為一種新興的生物技術(shù)手段，它的不成熟和不確定性，使得轉(zhuǎn)基因食品的安全性成為人們關(guān)注的焦點。空間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(huán)境因素的誘導(dǎo)，使作物染色體產(chǎn)生缺失、重復(fù)、易位、倒置等基因突變[2]，回到陸地上，經(jīng)過多代篩選、培育，形成特性穩(wěn)定的新品種。在正常情況下，植物種子的這種變異也會發(fā)生，只是在自然環(huán)境下要經(jīng)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(tǒng)育種可能要經(jīng)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(wěn)定下來，得到新品種。

我國的空間誘變育種技術(shù)研究始于1987年，由我國第9顆返回式衛(wèi)星把多個水稻和青椒品種的種子送入太空，探索太空環(huán)境對生物遺傳的影響，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)歷太空環(huán)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(huán)境的空間誘變育種事業(yè)。截至目前，空間誘變育種在我國糧食作物、經(jīng)濟作物、園藝作物、水產(chǎn)品、生物制品等多個領(lǐng)域都有成果，其中育成審定的太空農(nóng)作物優(yōu)良品種已達數(shù)百個之多[3]。

經(jīng)歷各地多年實驗研究，已經(jīng)證明，空間誘變新技術(shù)在農(nóng)業(yè)育種上的應(yīng)用，可獲得常規(guī)育種難以獲得的特殊優(yōu)異的經(jīng)濟性狀，可創(chuàng)新選育出優(yōu)良的新品種和優(yōu)異的種質(zhì)資源，使航天高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)遺傳育種相結(jié)合成為培育優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物新品種和新種質(zhì)的有效途徑。曾經(jīng)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(wèi)星、神舟飛船、實踐8號育種衛(wèi)星方式，進行太空環(huán)境誘發(fā)經(jīng)濟性狀變異，選育新品種，通過對培育篩選出的優(yōu)良自交系和種質(zhì)資源，進行田間試驗、配合力測定、抗病性測定和品質(zhì)測定等綜合性狀鑒定，已培育出早熟、高產(chǎn)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(shù)在創(chuàng)造豐富的遺傳變異類型，快速有效的培育早熟、高產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)及耐低溫等綜合性狀優(yōu)良的新品種上效果顯著，經(jīng)濟效益高。

在選育過程中觀察發(fā)現(xiàn)太空環(huán)境誘發(fā)的植物的經(jīng)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(yōu)勢和特點，可獲得常規(guī)育種難以獲得的優(yōu)異性狀，主要表現(xiàn)為以下特征：

1 幼苗莖葉生長迅速，植株健壯

經(jīng)2、3、4代連續(xù)觀察，太空黃瓜種籽出苗早，一般可較未經(jīng)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(shù)高、植株結(jié)構(gòu)合理、光合效率高成為增產(chǎn)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(shù)量增加顯著，葉片數(shù)量分別增加2.2～8個，畝產(chǎn)量分別達6875.5～9315.1kg，較對照增產(chǎn)47.3～99.4%

2 特早熟、結(jié)瓜、采收期早

根據(jù)三年的田間試驗表明，育成的黃瓜品種具有特早熟的優(yōu)良性狀，在夏茬露地栽培的條件下，有九個品系連續(xù)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(xiàn)有常規(guī)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(chǎn)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(xiàn)。

3 耐低溫、低溫栽培增產(chǎn)顯著

黃瓜的生長適宜溫度是18～30℃，其正常發(fā)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(chǎn)物的運轉(zhuǎn)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(guī)對照品種比較，耐低溫能力表現(xiàn)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(guī)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(fā)芽生育天數(shù)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(shù)為35d，有效積溫630.2℃（一般品種則需50d，有效積溫870℃）結(jié)瓜前期生育天數(shù)為29d，有效積溫僅270.7℃，但其前期產(chǎn)量仍可達747kg，較對照品種分別增產(chǎn)824.0%、533.2%和823.6%。在低溫條件下對照品種產(chǎn)量很低，畝產(chǎn)普遍在120kg以下，有的甚至絕產(chǎn)。說明常規(guī)品種在低溫條件下，不能完成正常生長發(fā)育，產(chǎn)量很低，太空品種則表現(xiàn)出較好的抗寒性。

4 皮色性狀變異，雌瓜數(shù)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(chǎn)66.7%，結(jié)瓜數(shù)較對照增加66.7%，是優(yōu)良的鮮食型材料，市場前景看好。單株雌瓜數(shù)量是重要的產(chǎn)量因素，通過田間試驗，獲得的多個自交系，出現(xiàn)雌花數(shù)量增多的性狀變異，單株結(jié)瓜數(shù)量較對照提高27.3～112.1%，占自交系總數(shù)48.7%，有三組自交系屬強雌型品種，從中選育出結(jié)瓜數(shù)量高、多雌型、綜合性狀優(yōu)良的自交系和育種材料應(yīng)用于黃瓜育種。

5 產(chǎn)量性狀變異，產(chǎn)量高、增產(chǎn)顯著

空間誘變技術(shù)對黃瓜品種和自交系的產(chǎn)量提高十分顯著，其變異頻率高，變異幅度大，占自交系總數(shù)80.2%的品種表現(xiàn)出增產(chǎn)，有四組平均增產(chǎn)50%以上，分別較對照平均增產(chǎn)277.1%、78.2%、50.7%、53.4%，也有少數(shù)幾組自交系出現(xiàn)雄花增多，雌花減少的不利性狀變異。經(jīng)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(jié)瓜數(shù)多，產(chǎn)量性狀穩(wěn)定，其鮮瓜畝產(chǎn)量可達7520.5～11281.0kg較對照組增產(chǎn)61.1～133.2%。在多地推廣種植，也增產(chǎn)顯著，表現(xiàn)良好。

此外，太空育成品種，在品質(zhì)上也表現(xiàn)優(yōu)良，結(jié)瓜數(shù)多，瓜形好，順直整齊，瓜肉綠色，肉質(zhì)脆嫩可口，食味佳。有皮色為白色的品種出現(xiàn)，且高產(chǎn)，商品性狀良好。太空品種也表現(xiàn)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(shù)，將航天高新技術(shù)與農(nóng)業(yè)遺傳育種相結(jié)合，是培育優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物新品種和新種質(zhì)的有效途徑，具有變異頻率高，變異幅度大，可獲得常規(guī)育種難以獲得的優(yōu)異性狀，如早熟性變異，抗寒性強變異，雌花增多，高產(chǎn)等性狀變異尤為突出，可選育出具有豐產(chǎn)、多抗、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、結(jié)瓜早和抗寒性強優(yōu)良作物品種，效果顯著，經(jīng)濟效益高。

【參考文獻】

[1]沈桂芳.我國的農(nóng)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]