作物空间诱变育种机理的研究进展
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收稿 日 ：０ １ ０ — ５ 期 ２ １ — ９ ０ 基金项 目： 国家科技支撑计划 （ 编号 ： ０ Ｂ Ａ ４ ０ ） 江苏省 自 ２ ９ Ａ ２Ｂ ５ ； ０ 然科 学基金 （ 编号 ： Ｋ ０ ９ ７ ） 农 业部 公益性 行业 科研 专项 （ 号 ： Ｂ ２０ １ ； ６ 编
２ １０ ０７ 。 ０ １３０ ）
１ １ 高 空 气球 ．
用可以改变分子 的结构 。空 间辐射可 以引起 Ｄ Ａ多种类型 Ｎ
的损伤 ， 包括碱基变化 （ 如脱氨基 ） 碱基脱落 、 、 两键 间氢键 的 断裂、 单键断裂、 双链 断裂 、 螺旋 内的交联 、 与其他 Ｄ Ａ分子 Ｎ 的交联 和与蛋 白质的交联 ， 辐射使 Ｄ Ａ链断裂可以造成染色 Ｎ 体结构的变化 。空 间重粒子具有很 高的能量 ， 具有 比 ｘ射
．
．—
—
１８ ・ ４ — —
江苏农业科 学 ２ １ 年第 ３ ０１ ９卷第 ６期
王建华， 何震天， 容 ， 张 等．作物空间诱 变育种机理的研究进展 ［ ］ Ｊ ．江苏农业科学 ， １ ， （ ） １８ １ １ ２ １３ ６ ： — ５ ０ ９ ４
作物 空间诱 变育种机理 的研究进展
王 建华 ， 震天 ，张 何 容， 王锦 荣 ， 刘 健 ，焦 隽 ，陈秀 兰
我国发放的高空气球 的高度在 ３ ４ ｍ之间 ， 留时 ０— ０ ｋ 停
间为 １ 右。高空大气结构 、 ０ｈ左 气温 、 空气 密度 、 压力 、 地磁 刚度 、 辐射流均与地面有很大 的差异 ， 另外还有强烈的紫外线 照射 ， 这些条件都有可能引起植物变异 。
１ ２ 返 回 式卫 星 和 宇 宙 飞船 ．
１ 空 间诱 变 方 式
占８ ％， ７ 氦离子占 １％ ， ２ 其他重离子 占 １ ％ 。 空间辐射和物质 的相 互作用可 以引发各种生物效应 ， 低
量和中量 的空间辐射引致生物效 应的原初损伤 是在 Ｄ Ａ分 Ｎ 子上 ， 伤形成是 一个复 杂的过程 ， 损 射线 的能量沉 积在物质 上， 引起 物质 的原 子和分 子的激发 与电离 ， 这个物 理过程约 １ 一１ ｓ ０ ０ 。局部能量沉积可以造成一些新 的化学物质的 生成 ， 电离过程 随后形成 自由基 ， 以及 自由基和物质的相互作
中图分类号 ： Ｓ一１ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ：０２— ３ ２ ２ １ ）６—０４ ０ １０ １０ （ ０ １ ０ １８— ３
利用返 回式卫 星等所 能到达 的空间环境 对植物 （ 种子 ）
的诱变作 用产生 有益 的变 异 ， 地面选育 植物新 种质 、 在 新材 料， 培育新品种 的高新技术育种途径和方法 ， 为空 间诱变育 称 种或航天 育种… 。自 １８ ９ ７年 以来 ， 国科学 家先后 进行 了 我 ２ ０多次农作物种子等生物材料 的空间搭 载试验 ， 过多年的 经
（ 江苏里下河地区农业科学研究所 ， 江苏扬州 ２ ５０ ） ２０ ７
摘要 ：阐述 了作物空 间诱变育种机理的研究进展 ， 空间诱变育 种的 主要 因素—— 空间辐射 与微重 力进行 了重 对
点阐述 ， 并对今后该领域 的研究前景提 出了展望 。
关键词 ： 物 ； 作 空间诱变 ； 机理 ； 空间辐射 ； 微重力
分化细胞被 击 中时 ， 变率为最 高 。Ｎ ｖｇｄｎ 畸 ｅｚｏｉａ等利用核
地面种植筛选 ， 已有 ７ Ｏ多个 水稻、 小麦 、 棉花 、 油菜 、 豆、 大 花 生、 番茄 、 辣椒 、 茄子 、 芝麻 和牧草等作 物新 品种 （ 合 ） 组 通过 国家或省级审定 ， 广种植面积 ２ ０多万 ｈ ２ 并获得了一批 推 ０ ｍ ，
有 可能 对农 作 物产 量 和 品质 产 生重 要影 响 的 罕见 突变 材 料 。在育种者利用空 间诱 变技术选育植 物新品种 、 发掘新 材料的同时 ， 国内外 学者 对空间诱变育 种机理 的研 究也做 了 大量工作 ， 虽然 目前 空间诱变育种的机理尚未得到充分阐释 ， 但 已取得了可 喜的进展 。
线和 射线更强的相对生物学效应 ， 单个 高能粒子穿过生物 体时 ， 生物体 内蓄积 了大量 的能量 ， 并导致生物体 的损伤 ， 如 果能量停 留在生物体内 ， 则受到的损伤更大 ］ 。
王 彩莲 的研 究 表 明 ， 当植 物 种 子 或 植 物 组 织 在 空 间 运 行
我国近地返 回式卫 星 ， 起飞 到返地 可分 为 ３个 阶段 ： 从 （） １ 主动段 ， 即卫星升 空段 ， 这一 阶段较短 ， 只有几分 钟 ； ２ （） 运行阶段 ， 即在 近地点为 ２８ｋ 远地点 为 ３ ０ｋ ８ ｍ、 ０ ｍ左右 的轨 道上的运行段 ， 飞行周期为 １５ｈ 右 ， ． 左 微重力 、 真空度 、 电子 辐射积分能量均较高 ， 飞行时间为 ８～１ ， ２ｄ 飞行期温度为 ３ ４
２ 空间诱变 的主要因素
２ １ 空 间辐 射 ．
空 间辐射的主要来源包 括 ３个 ： 地球 磁场捕获 高能粒子
产生的俘获带辐射、 太阳外突发性事 件产生 的银河 宇宙射线 （ Ｃ 及太 阳爆发产生的太 阳粒子事件 （ Ｐ 。俘获带主要 Ｇ Ｒ） ＳＥ） 由质子（ 内区） 及电子 （ 外层带 ） 组成 ； Ｃ 中 ９ ％ 是质子及 ＧＲ ８ 更重的离子 ， 只有 ２ ％是 电子 和正电子 ， 在重 的部 分 中， 质子
一
时， 被宇宙射线中 的高能重 离子 （ Ｚ 击 中后 ， Ｈ Ｅ） 种子 或组织
中有很多染 色体发生畸变 ， 植物体异常发育率增加 ， 源自文库且高能
离子击中的部位不同 ， 畸变情况也不同， 根尖分生组织和胚性
ｌ ２℃ ， 由搭载初温度较 高逐步下降 ； ３ 返地段 ， （） 这一 阶段
主要 问题是 由于气动加热使得 卫星外 温度能达 ５００ ｏ 。 ０ Ｃ 宇宙飞船和返 回式卫星所处 的空间环境相类似 。
２ １０ ０７ 。 ０ １３０ ）
１ １ 高 空 气球 ．
用可以改变分子 的结构 。空 间辐射可 以引起 Ｄ Ａ多种类型 Ｎ
的损伤 ， 包括碱基变化 （ 如脱氨基 ） 碱基脱落 、 、 两键 间氢键 的 断裂、 单键断裂、 双链 断裂 、 螺旋 内的交联 、 与其他 Ｄ Ａ分子 Ｎ 的交联 和与蛋 白质的交联 ， 辐射使 Ｄ Ａ链断裂可以造成染色 Ｎ 体结构的变化 。空 间重粒子具有很 高的能量 ， 具有 比 ｘ射
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江苏农业科 学 ２ １ 年第 ３ ０１ ９卷第 ６期
王建华， 何震天， 容 ， 张 等．作物空间诱 变育种机理的研究进展 ［ ］ Ｊ ．江苏农业科学 ， １ ， （ ） １８ １ １ ２ １３ ６ ： — ５ ０ ９ ４
作物 空间诱 变育种机理 的研究进展
王 建华 ， 震天 ，张 何 容， 王锦 荣 ， 刘 健 ，焦 隽 ，陈秀 兰
我国发放的高空气球 的高度在 ３ ４ ｍ之间 ， 留时 ０— ０ ｋ 停
间为 １ 右。高空大气结构 、 ０ｈ左 气温 、 空气 密度 、 压力 、 地磁 刚度 、 辐射流均与地面有很大 的差异 ， 另外还有强烈的紫外线 照射 ， 这些条件都有可能引起植物变异 。
１ ２ 返 回 式卫 星 和 宇 宙 飞船 ．
１ 空 间诱 变 方 式
占８ ％， ７ 氦离子占 １％ ， ２ 其他重离子 占 １ ％ 。 空间辐射和物质 的相 互作用可 以引发各种生物效应 ， 低
量和中量 的空间辐射引致生物效 应的原初损伤 是在 Ｄ Ａ分 Ｎ 子上 ， 伤形成是 一个复 杂的过程 ， 损 射线 的能量沉 积在物质 上， 引起 物质 的原 子和分 子的激发 与电离 ， 这个物 理过程约 １ 一１ ｓ ０ ０ 。局部能量沉积可以造成一些新 的化学物质的 生成 ， 电离过程 随后形成 自由基 ， 以及 自由基和物质的相互作
中图分类号 ： Ｓ一１ 文献标 志码 ： Ａ 文章编号 ：０２— ３ ２ ２ １ ）６—０４ ０ １０ １０ （ ０ １ ０ １８— ３
利用返 回式卫 星等所 能到达 的空间环境 对植物 （ 种子 ）
的诱变作 用产生 有益 的变 异 ， 地面选育 植物新 种质 、 在 新材 料， 培育新品种 的高新技术育种途径和方法 ， 为空 间诱变育 称 种或航天 育种… 。自 １８ ９ ７年 以来 ， 国科学 家先后 进行 了 我 ２ ０多次农作物种子等生物材料 的空间搭 载试验 ， 过多年的 经
（ 江苏里下河地区农业科学研究所 ， 江苏扬州 ２ ５０ ） ２０ ７
摘要 ：阐述 了作物空 间诱变育种机理的研究进展 ， 空间诱变育 种的 主要 因素—— 空间辐射 与微重 力进行 了重 对
点阐述 ， 并对今后该领域 的研究前景提 出了展望 。
关键词 ： 物 ； 作 空间诱变 ； 机理 ； 空间辐射 ； 微重力
分化细胞被 击 中时 ， 变率为最 高 。Ｎ ｖｇｄｎ 畸 ｅｚｏｉａ等利用核
地面种植筛选 ， 已有 ７ Ｏ多个 水稻、 小麦 、 棉花 、 油菜 、 豆、 大 花 生、 番茄 、 辣椒 、 茄子 、 芝麻 和牧草等作 物新 品种 （ 合 ） 组 通过 国家或省级审定 ， 广种植面积 ２ ０多万 ｈ ２ 并获得了一批 推 ０ ｍ ，
有 可能 对农 作 物产 量 和 品质 产 生重 要影 响 的 罕见 突变 材 料 。在育种者利用空 间诱 变技术选育植 物新品种 、 发掘新 材料的同时 ， 国内外 学者 对空间诱变育 种机理 的研 究也做 了 大量工作 ， 虽然 目前 空间诱变育种的机理尚未得到充分阐释 ， 但 已取得了可 喜的进展 。
线和 射线更强的相对生物学效应 ， 单个 高能粒子穿过生物 体时 ， 生物体 内蓄积 了大量 的能量 ， 并导致生物体 的损伤 ， 如 果能量停 留在生物体内 ， 则受到的损伤更大 ］ 。
王 彩莲 的研 究 表 明 ， 当植 物 种 子 或 植 物 组 织 在 空 间 运 行
我国近地返 回式卫 星 ， 起飞 到返地 可分 为 ３个 阶段 ： 从 （） １ 主动段 ， 即卫星升 空段 ， 这一 阶段较短 ， 只有几分 钟 ； ２ （） 运行阶段 ， 即在 近地点为 ２８ｋ 远地点 为 ３ ０ｋ ８ ｍ、 ０ ｍ左右 的轨 道上的运行段 ， 飞行周期为 １５ｈ 右 ， ． 左 微重力 、 真空度 、 电子 辐射积分能量均较高 ， 飞行时间为 ８～１ ， ２ｄ 飞行期温度为 ３ ４
２ 空间诱变 的主要因素
２ １ 空 间辐 射 ．
空 间辐射的主要来源包 括 ３个 ： 地球 磁场捕获 高能粒子
产生的俘获带辐射、 太阳外突发性事 件产生 的银河 宇宙射线 （ Ｃ 及太 阳爆发产生的太 阳粒子事件 （ Ｐ 。俘获带主要 Ｇ Ｒ） ＳＥ） 由质子（ 内区） 及电子 （ 外层带 ） 组成 ； Ｃ 中 ９ ％ 是质子及 ＧＲ ８ 更重的离子 ， 只有 ２ ％是 电子 和正电子 ， 在重 的部 分 中， 质子
一
时， 被宇宙射线中 的高能重 离子 （ Ｚ 击 中后 ， Ｈ Ｅ） 种子 或组织
中有很多染 色体发生畸变 ， 植物体异常发育率增加 ， 源自文库且高能
离子击中的部位不同 ， 畸变情况也不同， 根尖分生组织和胚性
ｌ ２℃ ， 由搭载初温度较 高逐步下降 ； ３ 返地段 ， （） 这一 阶段
主要 问题是 由于气动加热使得 卫星外 温度能达 ５００ ｏ 。 ０ Ｃ 宇宙飞船和返 回式卫星所处 的空间环境相类似 。