航天育种(Spaceflight Breeding)也称空间诱变育种，是指利用返回式卫星将农作物种子或其它材料搭载到距地球20～40km的高空，在强辐射、微重力、高真空、超洁净等太空诱变因子的作用下，使其发生遗传性状变异，利用有益变异选育出农作物新品种的育种新技术。它是航天技术、生物技术和农业遗传育种技术相结合的产物。近年来，我国科学工作者探索利用空间环境条件来进行园艺植物遗传改良，并取得了一些很有价值的研究资料和世界领先水平的研究成果。
　　
　　1研究概况
　　
　　利用卫星研究空间环境条件对生物生长发育和遗传变异影响的工作始于20世纪50～60年代。据不完全统计，在1957～1998年间，共发射了118颗空间生命科学卫星，搭载植物材料42次，其中前苏联(俄罗斯)18次，美国16次，中国8次。我国于1987年开始，至今已利用返回式卫星成功进行了1000多个农作物种子的搭载试验，其中500多个品种发生了遗传变异。经国内23个省市109个科研和生产单位育种专家地面种植试验，共选育出513个新品种，占世界航天育种总和的1/4，其中已通过品种审定的新品种或新组合10个。有的正在进行示范和推广，有的产品已初见产业化规模，有的已进入百姓生活，取得了良好的经济效益和社会效益。无论是搭载数量还是培育新品种数量，我国均已居世界先进行列。
　　
　　2航天育种的机理
　　
　　空间环境的主要特征为微重力、空间辐射、超真空和超洁净等。大量研究表明，空间环境能诱发许多植物性状产生遗传变异。由于空间环境的复杂性和航天育种相关机理的研究较少，目前尚未完全弄清楚遗传变异产生的具体原因，但一般认为是由于空间辐射或微重力两者双重作用的结果。
　　
　　2．1空间辐射
　　空间辐射的主要来源有地球磁场捕获高能粒子产生的俘获带辐射、太阳系外突发性事件产生的银河宇宙射线及太阳爆发产生的太阳粒子辐射。在空间辐射所包括的多种高能带电粒子中，质子的比例最大，其次为电子、氮核及更重的离子等。这些辐射中的高能带电离子能更有效地导致细胞内遗传物质DNA分子发生多种类型的损伤，包括碱基变化、碱基脱落、两键间氢键的断裂，单键断裂、双链断裂、螺旋内的交联与其它DNA分子的交联和与蛋白质的交联。辐射对DNA链断裂可以造成染色体结构的变化。当植物种子或其他组织、器官被宇宙射线中的高能重粒子(HZE)击中后，会出现更多的多重染色体畸变，植物异常发育率增加，而且HZE击中的部位不同，畸变情况亦不同，其中根尖分生组织和胚性细胞被击中时，畸变率最高。孙野青等以经过返回式卫星搭载的玉米种子为材料进行诱变机理的研究，其结果表明高能重粒子与引起黄白条纹突变有相关性。
　　
　　2．2微重力
　　微重力是诱发植物产生基因突变的另一个重要原因。许多研究结果表明，经空间飞行的种子即使没有被宇宙粒子击中，发芽后也能观察到染色体畸变现象，而且飞行时间愈长，畸变率愈高，这些都说明微重力与种子的基因突变具有相关性。有研究表明，当外界重力信号被细胞膜的受体分子识别并通过传递转化系统传递给细胞内储钙体，使细胞内Ca²⁺浓度发生改变，从而影响与一些钙受体蛋白的结合，调节植物体内蛋白质的磷酸化和脱磷酸化作用，进而影响细胞分裂、细胞运动、细胞间信息传递、光合作用和生长发育等生理过程磁重力对植物的向性、生理代谢、激素分布、Ca²⁺含量分布和细胞结构等均有明显影响，尤其能观察到植物在微重力条件下细胞核畸变、分裂紊乱、浓缩的染色体增加、核小体数目减少等现象，这就更能说明与遗传有关的物质受到重力强化影响，从而引起植物形态和生理代谢的变化。也有人认为，微重力对植物空间材料引起的诱变作用是通过提高生物对诱变因素的敏感性和抑制DNA的修复，从而加剧了生物损伤，并提高变异频率。因此，从这个角度来讲，空间条件引起植物发生遗传变异的主要因素为空间辐射和微重力等的综合影响。
　　
　　2．3转座子学说
　　随着基因组研究的深入和发展，最近中科院遗传所的专家提出了新的诱变机制——转座子学说，他们研究认为：太空环境使潜伏的转座子激活，活化的转座子通过移位、插入和丢失，可以导致基因的变异和染色体的畸变。基因组序列测定表明，在植物中存在大量转座子序列和逆转座子序列，太空环境激活了这些转座子，致使搭载生物发生变异(密士军，2002)。
　　
　　3航天育种的特点和效应
　　
　　与常规育种相比，航天育种的优点主要体现在以下几个方面：提高农作物产量，改善品质，株高变异，提高抗性，生育期的变异，从中可选育早、中、晚熟品种，获得常规育种少见的变异和种质。(钱何英，2006)
　　
　　3．1能诱发产生遗传变异，且变异频率高，相应有益变异增多
　　航天育种与传统的辐射诱变育种比较具有变异频率高。传统辐射诱变的有益变异频率仅为1‰～5‰，而太空辐射诱变的有益变异频率为1％～5％，最高的诱变率可超出10％以上。
　　
　　3．2变异性状稳定较快，缩短育种周期
　　航天诱变作物后代如出现变异，大多发生在2代开始的群体中，3、4代就能决定优良株系，一般较常规育种可提早2～4代稳定。
　　
　　3．3变异幅度大，方向不确定
　　空间诱变的变异幅度大，表现得十分随机，其诱变方向具有不确定性。即便是同一种作物，不同的品种，搭载同一颗卫星或不同卫星，其结果也可能不同。一般葡萄单株有效穗数、每穗粒数、千粒重、穗长等性状呈偏正态分布，以正向变异为主。而果树株高变异偏向增高，结实率偏向降低。
　　
　　3．4能创造罕见突变
　　空间诱变还能产生一些其它理化因素较少出现的变异，如蔬菜、水果的大果型变异、不育性突变以及抗性突变等；花卉的花色、株形的变异等。
　　
　　3．5不存在安全性问题
　　航天育种得到的太空食品不存在安全性问题，因为航天育种并没有经过人为方法将外源基因导入作物中使之产生变异，作为一种诱变技术，它使生物本身染色体产生缺失、重复、易位、倒置等基因突变。这种变异本质上与自然界普遍存在的自然变异没有区别，只是加速了生物界需要几十年甚至上百年的自然变异过程。
　　
　　3．6空间诱变的效应
　　空间诱变的效应主要有产量效应、品质效应、生物的刺激效应、形态学效应。从已育成的农作物看，产量都有不同程度的提高，有的个体成绩更是超出了常规育种的限度。空间诱变对品质的效应主要体现在瓜果、蔬菜中维生素C和可溶性固形物的含量比对照有非常明显的提高。太空处理后，不同作物或相同作物的不同品种对太空环境的敏感性也不同，如诱变材料的发芽率受到影响后会升高或降低。航天诱变后能获得抗病性变异、矮秆变异、株高变异、穗粒大小变异等

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