什么叫做“空间诱变育种”?3Q

什么叫做“空间诱变育种”?3Q
什么叫做“空间诱变育种”?3Q

什么叫做“空间诱变育种”?3Q
所谓植物空间诱变育种技术是指在育种过程中,利用空间具有强辐射、高真空、微重力及其他不明因素的特殊环境,对植物育种材料进行诱变处理,以获得优良新品种或特殊种质材料的育种新技术. 1．植物空间诱变育种技术的特点 (1)空间诱变环境的基本特点.空间环境具有独特的特点是强辐射、高真空、微重力以及一些还未探明的不同于地球的物理化学因素.近几十年来,随着航天器的发射成功,空间生命科学,尤其是空间植物科学的研究有了长足发展.利用卫星研究空间植物生长发育和遗传变异从1960年开始已有30多年的历史.据统计1975—1988年间全世界进行空间生命科学研究的卫星有109颗,搭载植物材料的就有33次,占总数的30.3％,其中前苏联76次,美国14次,中国3次.据有关报道,近年来搭载植物材料的返回式卫星发射频次增加.由于空间诱变育种具有其独特的性质和特点,需要解决好以下几个问题：①研究空间条件下植物生长发育特点与规律,以便改善空间人类生存小环境；②解决宇航员的食品；③利用空间条件,引起植物遗传性的变异,为植物诱变育种开拓新途径. (2)空间诱变育种技术的特点.①空间诱变不需要人为设置具有污染环境作用的诱变源,因而对环境无污染,这符合当今全球所要求的人口、资源和环境的可持性发展方向；②因空间诱变因素多,诱变范围广和诱变幅度大,有利于加速育种进程,有可能获得目前植物育种中较难突破的、对产量和品质及其综合经济性状产生突破性影响的特殊变异材料,育成各种类型的超级植物品种. 2．空间诱变育种的原理与效应 与地球表面相比,太空具有强辐射、高真空、微重力和一些不明的其他因素,使空间成为一个特殊的环境,当地球生物离开它已经适应的生存环境而进入其空间时,生存环境的突然改变,必然会引起生物体组织内部结构上和遗传性的损失,这就为生物遗传变异莫定了基础.如早期的空间生命科学研究结果表明,拟南芥、莴苣、黄瓜、胡萝卜、大麦、小麦、玉米、烟草等植物在空间条件下均能引起遗传性变异.研究人员发现,地球植物种子经空间飞行一段时间后在地面种植发芽时,其细胞染色体畸变频率有较大幅度的增加,如顾瑞琦等(1988)报道,小麦种子经空间飞行后,虽然种子的萌发与未处理者无显著差异,但根尖细胞中有微核和染色体桥的发生频率大大增加.王彩莲(1998)报道,经卫星搭载空间处理的5个水稻品种种子的根尖细胞有丝分裂指数(MI)均高于地面对照组. 3．影响空间诱变的因素 空间环境能够引起细胞内染色体畸变而导致植物遗传性状变异的原因目前为止尚未完全清楚,但对强辐射、微重力的认识却是一致的. (1)宇宙射线.强辐射是空间环境的主要特点之一,强辐射是指宇宙射线的作用,因此说,宇宙射线是空间诱变育种的主要诱变因素之一.当植物种子或植物组织在空间运行时,被宇宙射线中的高能重离子(HZE)击中后,种子或组织中有更多染色体发生畸变,植物体异常发育率增加,而且高能离子击中的部位不同,畸变情况亦不同,根尖分生组织和胚性分生细胞被击中时,畸变率为最高. (2)微重力.在研究空间诱变效应时,微重力等其他空间条件也在生物效应中起作用.经空间飞行过的植物种子即使没有被宇宙射线离子击中,发芽后也会看到有染色体畸变现象,且在空间飞行的时间愈长畸变率愈高.Anikeeva等(1983)认为,微重力是通过增加种子对其他诱变因素的敏感性而起作用的.这可以从微重力对植物的向性、生理、代谢、激素分布、Ca2+ 的含量与分布、细胞结构的影响得到解释,尤其是在微重力条件下的细胞核畸变、分裂紊乱、浓缩的染色体增加、核小体数目减少等现象,更说明与遗传有关的物质受到微重力的影响. (3)植物材料.在空间诱变过程中,所选植物材料不同诱变效果不同,植物种类、品种、组织类型、细胞类型及不同生长发育过程中的材料对环境因素改变的反应敏感性和生存极限值不同,其诱变效率也就不同.如Nuzhdin(1972)发现大麦种子对空间反应强弱与种子的休眠状态和实验所用品种的辐射敏感性有关.这说明生理状态活跃的生物体对空间环境的反应比休眠状态的生物体更敏感. 4．空间诱变育种技术所取得的成就 从1960年开始的空间植物生长发育和遗传变异研究至今的近40年间,在研究和实际应用方面均有突破性进展.我国从1987年利用返回式卫星搭载植物种子、无性系、植物结构和愈伤组织,从中获得了大量有益的变异材料.随后的几年里又相继成功地进行了这类实验,植物材料涉及了我国的主要粮食作物及蔬菜作物,到目前为止,已有一些优异突变类型新种质和具有优良农艺性状的新品系相继育种成功. (1)粮食作物.1988年中国科学院遗传所与江西宜丰县农科所合作进行了卫星空间诱变“农垦58”水稻品种,从中获得了大粒型、大穗型、优质米类型、黑米型和红米型突变体,并于1993年选育成两个高产优质新品系.陈远芳等(1984)利用高空气球处理“59”和“海香”两个粳稻品种,SP2代调查时发现株高、生育期、穗长、颖壳色等11个性状均出现广幅的分离,特别是出现了具有广亲和基因,并对不育系的育性具有恢复能力的突变体,这是利用一般诱变手段所难以获得的.据悉,1994年利用这批材料已经选育出一批强优势釉粳杂交组合,并已进入生产应用阶段.如育成的博优721开始大面积种植.小麦空间诱变育种同样也取得新进展,小麦航天2号品种也已进入生产应用.另外,像巨穗谷子和特大粒红小豆等粮食作物的优异新品系也已育成,并被用于育种和生产. (2)蔬菜作物.在蔬菜空间诱变育种方面我国也取得了显著的成就,现已育成的卫星87—2青椒新品系单果重最重达350g,增产幅度为25％—30％,种植面积已超过1000hm2.空间诱变育成的番茄新品系抗病丰产,增产幅度在20％以上,目前也已应用于生产. 5．空间诱变育种技术的应用前景展望 合理开发利用空间资源,使其造福于人类是大趋势.植物空间诱变育种通过开发利用空间这一特殊诱变源,且对地球环境不产生环境污染等不良影响,其诱变育种效果又好,必将成为未来植物育种的重要技术手段.鉴于我国在这一研究领域具有国际领先水平,国家有关部门已将该项研究列为“九五”重大科技攻关项目.我国“神舟”号飞船发射成功,为人类利用宇宙空间开拓了广阔的前景.可以相信,21世纪空间诱变育种必将有一个飞跃的发展.
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