利用空间搭载研究航天工程育种中空间诱变的发展应用.doc

利用空间搭载研究航天工程育种中空间诱变的发展应用利用空间搭载研究航天工程育种中空间诱变的发展应用本文关键词：诱变育种空间搭载航天利用空间搭载研究航天工程育种中空间诱变的发展应用本文简介：摘要：使用返回式空间飞行器搭载植物材料利用空间环境对搭载的植物材料产生空间诱变引起植物及其后代生理、生化、遗传等多方面的变化。利用经空间诱变的植物材料可以创造各种性状的新种质、新材料可广泛应用于常规育种、杂交优势育种、分子育种等多种育种技术当中可以丰富种质资源、缩短育种周期、培育优质品种从而利用空间搭载研究航天工程育种中空间诱变的发展应用本文内容：摘要：使用返回式空间飞行器搭载植物材料利用空间环境对搭载的植物材料产生空间诱变引起植物及其后代生理、生化、遗传等多方面的变化。利用经空间诱变的植物材料可以创造各种性状的新种质、新材料可广泛应用于常规育种、杂交优势育种、分子育种等多种育种技术当中可以丰富种质资源、缩短育种周期、培育优质品种从而有效地促进农作物增产、优质、安全和农业可持续发展。关键词：空间搭载;空间诱变;航天工程育种;引言在中国航天事业60多年的发展历程中航天技术应用一直伴随着航天科学和工程技术的进步与发展的步伐不断推进航天技术应用产业成为中国航天科技集团公司四大主业之一。航天工程育种是航天技术应用产业重要的组成部分。航天工程育种又叫空间诱变育种是指利用航天器将农作物种子、组织、器官等植物材料搭载空间飞行器送入太空利用空间环境的诱变作用使植物材料产生变异返回地面后选育新种质、新材料、培育新品种的作物育种新技术。经过30余年的不断探索与实践航天工程育种已经成为农业育种的一种新的有效途径。自1987年以来我国发射了15颗返回式卫星和11艘神舟飞船、2个空间实验室、2个试验返回舱(以下简称返回式空间飞行器)这些返回式空间飞行器在完成飞行主任务的首要前提下均利用载荷余量搭载一些农作物种子、生物菌种、试管苗等材料进行空间搭载技术和空间诱变的试验与研究开展了空间生物学、空间诱变机理和航天工程育种等工作取得了有价值的科学技术成果和良好的社会效益和经济效益。与空间诱变机理与空间高等植物生长发育研究同步开展的我国航天工程育种的研究从一开始就把培育优良品种服务农业生产与科研作为主要目标以为农业增产、农民增收作为主要目的。一、植物空间诱变机理研究1.空间环境对植物种子萌发的影响空间环境影响植物种子的萌发。不同植物或同一植物的不同品种对空间飞行以及空间环境的敏感性存在差异。经空间搭载返回地面后的小麦、大麦、玉米、棉花、向日葵、大豆、黄瓜和番茄等种子发芽活力增加发芽率明显提高;水稻、谷子、豌豆、青椒、莴苣、烟草等植物种子发芽率与地面对照无明显差异;而高梁、西瓜、茄子、萝卜、丝瓜等植物种子的萌发受到抑制发芽率降低。研究发现空间搭载提高种子活力和促进种子初期生长的机理应与提高种子及其体内活性氧防御酶系统的活性、增强种子抗氧化能力和延缓种子衰老有关[1]。2.空间环境诱导遗传物质产生变异空间环境引起植物DNA多态性的变化。经过对俄罗斯和平号空间站持续搭载太空飞行6年的番茄种子进行研究发现长期处于空间环境的番茄种子与地面对照在生长发育、叶片细胞亚显微结构、酶活性等方面存在较大差异。扩增片段长度多态性(AFLP)和简单重复序列(SSR)分子标记检测结果表明空间搭载处理可引起番茄DNA水平上的变异[2]。长时间搭载空间飞行后的番茄种子回到地面培育一些与光合作用和植物耐逆反应相关的蛋白质表达发生了改变这些蛋白质的改变可能对番茄的生长发育产生一定影响[3]。我们筛选出高番茄红素突变体采用逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)技术分析高番茄红素变异材料与地面对照在果实成熟的各个时期番茄红素合成途径中各个基因的表达差异PSY和ZDS基因在变异材料的完熟期表达较强而在对照品种的完熟期不表达说明空间环境引起植物功能基因的表达的变化。通过对神舟三号飞船搭载的水稻DH7干种子进行空间诱变处理回收返地种植至第三代对其植株进行形态学观察并同时在分子生物学及其亚细胞水平进行检测获得如下结果:与对照相比突变体的植株形态表现出明显差异如株高、穗长、叶宽及千粒重等性状参数均显着增加生育期平均提前25天而单株分蘖数则下降17%。第二茎杆横切面的显微观察显示突变体第二茎杆的平均直径增加30%而其导管细胞的体积以及维管束间的距离明显缩小。另外从SSR及AFLP的PCR扩增结果可以看出与对照相比突变体基因组DNA的SSR多态性主要表现为DNA扩增条带大小的变化而AFLP扩增的DNA条带的多态性高达10%。具体表现为原有DNA条带的丢失、新