什么是空间诱变技术

‘壹’ 什么叫做“空间诱变育种”

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着差异，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着的成就，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。

‘贰’ 太空育种的基本介绍

太空育种：也称空间诱变育种，就是将农作物种子或试管种苗送到太空，利用太空特殊的、地面无法模拟的环境(高真空，宇宙高能离子辐射，宇宙磁场、高洁净)的诱变作用，使种子产生变异，再返回地面选育新种子、新材料，培育新品种的作物育种新技术。太空育种具有有益的变异多、变幅大、稳定快，以及高产、优质、早熟、抗病力强等特点。其变异率较普通诱变育种高3-4倍，育种周期较杂交育种缩短约1倍，由8年左右缩短至4年左右。世界上只有美国、俄罗斯、中国成功地进行了卫星搭载太空育种。我国是1987年开始将蔬菜等搭载上天。
太空育种是集航天技术、生物技术和农业育种技术于一体的农业育种新途径。是当今世界农业领域中最尖端的科学技术课题之一，通过已进行的太空农业试验，植物、动物等生物体的许多特性奥秘被揭示。世界上只有美国、俄罗斯、中国三个国家拥有返回式卫星技术。在这方面，中国走在世界前列。 科学家认为，太空育种主要是通过强辐射，微重力和高真空等太空综合环境因素诱发植物种子的基因变异。由于亿万年来地球植物的形态、生理和进化始终深受地球重力的影响，一旦进入失重状态，同时受到其他物理辐射的作用，将更有可能产生在地面上难以获得的基因变异。综合太空辐射、微重力和高真空等因素的太空环境对植物种子的生理和遗传性状具有强烈影响，但是究竟主要是哪些因素产生影响，以及如何产生影响，至今还没有定论。经历过太空遨游的农作物种子，返回地面种植后，不仅植株明显增高增粗，果型增大，产量比原来普遍增长而且品质也大为提高。到目前为止太空育种取得了不错的成效，但仍无法控制种子的变异方向，只能是任其发展，这是当今世界的科学空白区 ，等待着科学家们去做进一步的探索。
太空环境对植物基因产生影响已经得到各国科学家的证实，但是对太空育种原理的解释仍在争论之中。

‘叁’ 什么是太空育种太空育种的好处

太空育种即航天育种，也称空间诱变育种，是将作物种子或诱变材料搭乘返回式卫星或高空气球送到太空，利用太空特殊的环境诱变作用，使种子产生变异，再返回地面培育作物新品种的育种新技术。

太空育种可以缩短育种周期。据专家介绍，正常的农业育种一般需要8年时间，太空育种可以缩短一半的时间。但从太空搭载回来以后，在地面必须要种植四代，才可以选育出性能稳定的品种。

太空育种是1个全新的交叉学科，涉及诸多领域，如航天技术、辐射技术、生物技术等，其本身还不是十分成熟和完善。太空搭载毕竟很少，主要是水稻和小麦。因为我国是1个农业大国，太空育种技术受到重视，我国在太空技术方面虽然不是第1位的，但是在太空农业育种方面应该是第1位的。常规育种中的杂交技术一般需要8 a才可以获得新品种，太空育种可以缩短一半时间，太空搭载回来以后，在地面上必须要进行不少于4代的培养。太空育种是1个很好的能够缩短育种周期的方法。

‘肆’ 植物在太空结出的种子萌发后性状一定会改变吗

会

太空育种，会导致种子基因发生变异，进而培育出新的品种。
太空育种并没有将外源基因导入作物中使之产生变异。作为诱变育种技术，太空育种可使作物本身的染色体产生缺失、重复、易位、倒置等基因突变。这种变异和自然界植物的自然变异一样，只是时间和频率有所改变。太空育种本质上只是加速了生物界需要几百年甚至上千年才能产生的自然变异。太空中宇宙射线的辐射较强，这是植物发生基因变异的重要条件。

太空育种也称空间诱变育种，就是将农作物种子或试管种苗送到太空，利用太空特殊的、地面无法模拟的环境(高真空，宇宙高能离子辐射，宇宙磁场、高洁净)的诱变作用，使种子产生变异，再返回地面选育新种子、新材料，培育新品种的作物育种新技术。太空育种具有有益的变异多、变幅大、稳定快，以及高产、优质、早熟、抗病力强等特点。其变异率较普通诱变育种高3-4倍，育种周期较杂交育种缩短约1倍，由8年左右缩短至4年左右。

‘伍’ 东方红航天生物说的航天生物技术具体指的是什么呀

航天生物技术又称“空间诱变育种技术”，就是利用返回式空间飞行器将农作物、微生物、植物种子等生物样本送入太空进行特殊变异，再利用现代生物技术进行培育优良种子。

‘陆’ 上过太空的种子就能长出大果实为什么基因总往好的方向突变

上世纪九十年代出现了一个叫做太空椒的青椒品种，特征是植株增高增粗明显，果形增大，增产明显，病虫害的抵抗能力有部分增加，作为太空椒的种植农户，对于这样的结果肯定是喜闻乐见的，而太空椒的名字也非常响亮，使得在农村田间，到处都能看到太空椒的身影。

最后有个问题要提醒下，杂交或者分子育种都支持留种，但第二代种子退化严重，因为在开花结果的过程中会加入原有品种的基因逐渐退化，代数越多退化越严重！而转基因品种理论上可以操作种子不发芽，所谓的“断子绝孙”技术是存在的，但却只是让植物本身的中子不发芽而已，与广义断子绝孙无关，各位不要联想了

‘柒’ 微生物育种的诱变育种

1.1物理诱变
1.1.1紫外照射
紫外线照射是常用的物理诱变方法之一，是诱发微生物突变的一种非常有用的工具。DNA 和RNA 的嘌呤和嘧啶最大的吸收峰在260nm，因此在260nm 的紫外辐射是最有效的致死剂。紫外辐射的作用已有多种解释，但比较确定的作用是使DNA 分子形成嘧啶二聚体[1]。二聚体的形成会阻碍碱基间正常配对，所以可能导致突变甚至死亡[2]。
紫外照射诱变操作简单，经济实惠，一般实验室条件都可以达到，且出现正突变的几率较高，酵母菌株的诱变大多采用这种方法。
1.1.2电离辐射
γ- 射线是电离生物学上应用最广泛的电离射线之一，具有很高的能量，能产生电离作用,可直接或间接地改变DNA 结构。其直接效应是可以氧化脱氧核糖的碱基，或者脱氧核糖的化学键和糖- 磷酸相连接的化学键。其间接效应是能使水或有机分子产生自由基，这些自由基可以与细胞中的溶质分子发生化学变化，导致DNA 分缺失和损伤[2]。
除γ- 射线外的电离辐射还有X- 射线、β- 射线和快中子等。电离辐射有一定的局限性，操作要求较高，且有一定的危险性，通常用于不能使用其他诱变剂的诱变育种过程。
1.1.3离子注入
离子注入是20 世纪80 年代初兴起的一项高新技术，主要用于金属材料表面的改性。1986 年以来逐渐用于农作物育种，近年来在微生物育种中逐渐引入该技术[3]。
离子注入时，生物分子吸收能量，并且引起复杂的物理和化学上的变化，这些变化的中间体是各类活性自由基。这些自由基，可以引起其它正常生物分子的损伤，可使细胞中的染色体突变，DNA 链断裂，也可使质粒DNA 造成断裂。由于离子注入射程具有可控性，随着微束技术和精确定位技术的发展，定位诱变将成为可能[4]。
离子注入法进行微生物诱变育种，一般实验室条件难以达到，目前应用相对较少。
1.1.4 激光
激光是一种光量子流，又称光微粒。激光辐射可以通过产生光、热、压力和电磁场效应的综合应用，直接或间接地影响有机体，引起细胞染色体畸变效应、酶的激活或钝化，以及细胞分裂和细胞代谢活动的改变。光量子对细胞内含物中的任何物质一旦发生作用，都可能导致生物有机体在细胞学和遗传学特性上发生变异。不同种类的激光辐射生物有机体，所表现出的细胞学和遗传学变化也不同[5]。
激光作为一种育种方法，具有操作简单、使用安全等优点，近年来应用于微生物育种中取得不少进展。
1.1.5 微波
微波辐射属于一种低能电磁辐射，具有较强生物效应的频率范围在300MHz~300GHz，对生物体具有热效应和非热效应。其热效应是指它能引起生物体局部温度上升。从而引起生理生化反应；非热效应指在微波作用下，生物体会产生非温度关联的各种生理生化反应。在这两种效应的综合作用下，生物体会产生一系列突变效应[6]。
因而,微波也被用于多个领域的诱变育种，如农作物育种、禽兽育种和工业微生物育种，并取得了一定成果。
1.1.6 航天育种
航天育种，也称空间诱变育种，是利用高空气球、返回式卫星、飞船等航天器将作物种子、组织、器官或生命个体搭载到宇宙空间，利用宇宙空间特殊的环境使生物基因产生变异，再返回地面进行选育，培育新品种、新材料的作物育种新技术。空间环境因素主要有微重力，空间辐射，以及其它诱变因素如交变磁场，超真空环境等，这些因素交互作用导致生物系统遗传物的损伤，使生物发生诸如突变、染色体畸变、细胞失活、发育异常等。
航天育种较其它育种方法特殊，是航天技术与微生物育种技术的有机结合，技术含量高，成本高，个体研究者或一般研究单位都难以实现，只能与航天技术相结合，由国家来完成。
1.1.7 常压室温等离子体诱变育种
常压低温等离子体（Atmospheric and Room Temperature Plasma）简称为ARTP，指能够在大气压下产生温度在25-40 °C之间的、具有高活性粒子（包括处于激发态的氦原子、氧原子、氮原子、OH自由基等）浓度的等离子体射流。ARTP技术作为一种新型的物理方法，在微生物诱变育种领域有着广阔的应用前景。
等离子体中适当剂量的活性粒子作用于微生物，能够使微生物细胞壁/膜的结构及通透性改变，并引起基因损伤，菌株出现遗传物质损伤后，微生物启动SOS修复机制，其诱导产生DNA聚合酶Ⅳ和V，它们不具有3ˊ核酸外切酶校正功能，于是在DNA链的损伤部位即使出现不配对碱基，复制仍能继续前进。在此情况下允许错配可增加存活的机会。ARTP对遗传物质造成的损伤，多样性较高；又SOS诱导修复本身为容错性修复，因此，ARTP多样性的损伤将可能在修复过程中包容于DNA链中，在微生物进行复制修复时，其可能带来多样性的错配可能。
ARTP应用于微生物突变育种，成本低、操作方便，没有很多物理诱变设备（如离子束注入等）所需的离子或电子加速、真空和制冷等附属设备；ARTP对遗传物质的损伤机制多样，具有较高的正突变率，突变性能多样，对于真菌、细菌、藻类等都有效果；ARTP对环境无污染，保证操作者的人身安全，无论用何种气体放电，其均无有害气体产生。

‘捌’ 航天育种的本质是什么

20世纪60年代后期，随着我国航天技术的发展，我国科学工作者综合宇航、遗传、 辐射、育种等学科的知识开创性地开辟一条作物育种新技术——航天诱变育种。所谓航天诱变育种，又称太空育种和空间诱变育种，是指利用返回式卫星和“神舟”飞船等返回式航天器将农作物种子带到200～400 km的太空中，利用太空中的强辐射、微重力、高真空、弱磁场等宇宙空间特殊环境对农作物种子、组织、器官或生命个体等材料的诱变作用产生变异，再返回地面选育新种质、新材料，培育新品种的植物育种新技术[95,96,97]。相对于其它诱变育种手段，它能够在短的时间内创超出罕见突变种质材料和基因资源用于突破性新品种的选育[98]。

‘玖’ 东方红航天生物公司有自己有航天生物科技，是什么技术啊，有用吗

航天生物技术又称“空间诱变育种技术”，即利用返回式空间飞行器将农作物、微生物、植物种子等生物样本送入太空，利用太空微重力、强辐射、高真空、高洁净等特殊环境作为诱变因子，使生物产生遗传性变异，返回后再利用现代生物技术进行培育，筛选出性状优良的菌株或种子，形成规模化生产。东方红公司已经依靠这种技术研发出很多高质量产品了。

‘拾’ 诱变的空间技术诱变

近年来，人们利用宇宙系列生物卫星、科学返回卫星、空间站及航天飞机等空间飞行器，进行搭载微生物材料的空间诱变育种。通过外层空间特殊的物理化学环境，引起菌种的DNA 分子的变异和重组，从而得到生物效价更高的高产菌种。1987年以来，中国科学院微生物研究所等单位，先后利用卫星搭载了真菌、酵母、放线菌、细菌等30多种微生物菌种，经培殖后观察发现，处理后菌种的性状均产生了一些变异，从中选择培育出了一些能提高抗生素和酶产量的新菌种,现已投产应用。
空间环境导致作物遗传变异的原因尚不完全清楚，一般认为空间诱变的主要因素有以下几点。 随着基因组研究的深入和发展，中国科学院遗传研究所的专家发现了新的诱变机制，即转座子假说。该假说认为，太空环境将潜伏的转座子激活，活化的转座子通过移位、插入和丢失，导致基因变异和染色体畸变。这一新的发现为航天诱变育种机理研究增加了新的内容，加速了航天诱变育种机理的研究进程[8]。