第1个回答 2013-09-10
水稻航天诱变育种探析 摘要阐述了航天诱变育种技术的概念与原理、国内外航天诱变育种技术的研究与应用进展及水稻航天诱变育种的意义、特点 、取得的成果,并对太空育种的客观评价、太空育种食品安全性、太空诱变育种技术开发应用前景进行探讨,以期引起湖北省水稻育种工作者的重视,加速湖北省水稻育种进程,完善湖北省水稻育种学科建设。
“航天诱变育种”起步于20世纪60年代,目前世界上只有美国、俄罗斯和中国3个国家成功地进行了卫星搭载太空育种。我国是1987年开始将蔬菜等农作物种子搭载卫星上天的,已先后10余次利用返地卫星搭载植物种子,搭载品种1 000多种,500多个品种发生了遗传性变异,培育出了一些高产、优质、多抗的作物新品种、新品系及新种质,其中不少属于具有突破性影响的优良突变。10多年来中国在航天诱变育种方面发展迅速,取得了令人瞩目的成就。
实践证明,航天诱变育种是快速培育优良新品种的有效途径。广西、福建、浙江、江西、广东、湖南、黑龙江等省均有航天水稻品种审定并大面积推广,而湖北省水稻航天育种工作开展得较晚,没有得到湖北省育种家的足够重视。
湖北省农科院粮食作物研究所根据当前水稻育种的实际情况,结合高档优质水稻新品种选育,在实践八号卫星上搭载了4份高档优质水稻育种材料,初步展开水稻航天诱变育种。
1航天诱变育种技术的概念与原理
航天诱变育种(Space-flight mutation Breeding)又称“空间诱变育种”,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,使搭载的农作物种子和材料产生有利变异,返回地面试种后继续采用常规育种技术,从中选育出农作物新品种。因此,航天诱变育种技术是将航天技术、生物技术和农作物育种技术相结合发展起来的一项崭新的育种技术。
2航天诱变育种的意义
随着科学技术和国民经济的发展,人类的生存、生产活动从最初的陆地、海洋、大气层进入地球轨道空间和外层空间,并且开始适应、研究、认识、利用和开发太空环境,这是人类文明史上的一次伟大飞跃。
优良品种是农业发展的决定性因素,对提高农作物产量、改善农作物品质具有不可替代的作用。目前,我国的绝大部分农作物新品种都是在常规条件下经过若干年的地面选育培育而成的。把航天这一最先进的技术领域与农业这一最古老的传统产业相结合,利用空间诱变技术进行农作物育种,对加快我国育种步伐、提高育种质量、探索具有中国特色的新兴育种研究领域具有十分重要的意义。
水稻是最重要的粮食作物之一,世界上有1/3以上的人口以稻米为主食。我国是世界水稻生产大国,也是稻米消费大国,水稻栽培面积占粮食作物种植面积的1/3,产量占粮食总量的近1/2。因此,水稻已成为航天育种的重点选择对象。我国通过航天育种已经育成了高产、优质、抗病的水稻新品种,这对粮食增产、农民增收都具有重要意义。
3国内外航天诱变育种技术的研究与应用进展
3.1国外航天诱变育种研究进展
国外的航天诱变育种研究起始于20世纪60年代。近年来,航天大国对农作物种子除了通过返回卫星和航天飞机进行搭载试验外,还在已建成的空间站进行了生物试验。如俄罗斯农业科学院和宇航局在“和平号”宇航站的太空温室里试种太空小麦获得成功。各航天大国通过航天诱变育种技术的研究与应用,已先后培育成功100多个农作物新品种应用于生产,不仅为航天诱变育种奠定了理论研究的基础,还为航天诱变育种技术的开发应用开辟了广阔的前景。
据不完全统计,航天大国从1957～1997年的40年间,共发射进行空间生命科学研究的卫星120颗,搭载供试农作物种子的返回式卫星有38颗(次),其中前苏联16颗(次),美国14颗(次),中国7颗(次)。
3.2我国航天诱变育种的进展
我国是世界上第3个掌握返回式卫星技术的国家,此前已发射返回式卫星22颗,成功返回21颗。1978年以来先后利用返回式卫星共进行10多次空间搭载试验,已成功培育一批高产、优质、多抗的作物新品种、新品系及新种质。我国在航天诱变育种试验研究和植物的细胞学、生理学、分子生物学的机理研究方面,已经进入世界先进行列。
2006年7月22日,国防科工委在京召开我国首颗航天育种卫星——实践八号育种卫星出厂审定会。并将于2009年9月在酒泉卫星发射中心用长征二号火箭发射升空,飞行15d后返回地面。卫星搭载9大类180组2 000余份种子材料,种子材料主要包括粮食作物、经济作物和饲料牧草作物,以及微生物菌种与分子生物学材料。
据国防科工委有关负责人介绍,实践八号航天育种卫星将利用我国成熟的返回式卫星技术和诱变遗传技术相结合,通过发射育种专用卫星装载农作物种子,进行航天育种深入研究,结合地面模拟空间环境因素试验,全面探索航天育种技术的机理、方法和理论,培育优良物种。
4水稻航天诱变育种特点
航天诱变育种方法与常规育种的方法相比,有明显的优势和特点。一是部分品种的变异频率高,变异幅度大,有益变异增多,大多数变异性状稳定较快。李源祥等对水稻选育的研究结果表明,选育2代群体单株间主要农艺、经济性状出现了强烈的广谱分离;各种性状变异均向有利和不利两相反方向突变;部分性状呈偏态向有利方向发展;有的出现了生理性变异,变异在后代不能保存下来;有的产生遗传性变异,其优异的性能可稳定地遗传下去。二是育种周期缩短。通过传统育种获得一个新品种平均需要10年左右的时间,从5～6代才开始稳定;而航天育种则只需5年左右的时间,在3～4代开始稳定。三是单株间出现一些有利的特殊突变体,这是地面上其他理化因素诱变难于获得的。例如:利用航天育种创造的能够恢复籼型雄性不育系育性的粳型育性恢复基因突变系,获得的特色米(紫色米、茶色米),均是目前利用其他地面诱变育种手段较难获得的罕见突变。