我国水稻航天诱变育种的研究动态及展望

水稻航天诱变育种是将水稻干种子搭载返回式航天器(卫星),经过空间诱变作用产生变异,在地面选择有益变异培育新种质、新品种的育种方法。与常规育种相比,航天诱变育种具有诱变频率高、变异幅度大、育种周期短、有利突变体多等特点。目前普遍认同产生变异的主要因素有微重力、强幅射、转座子活化和高真空等,并从分子生物学、生物化学水平以及细胞学水平开展空间诱变机理研究,取得了可喜进展。我国自1988年首次通过卫星搭载开展水稻航天诱变育种以来,已有9个育成品种通过了省级审定,其中“华航一号”等4个品种通过了国家级审定。鉴于水稻航天诱变育种技术具有的独特优势,其可望成为推动21世纪水稻育种的重要手段之一。     

航天搭载小麦诱变SP1代性状的研究

为了对经航天搭载后(SP1)和留地面未经搭载的同一小麦品种主要苗期性状和成熟期性状进行比较和分析.以足够纯度和数量的烟2070、烟农24、烟农19、烟农21小麦品种为材料,经"实践八号"返回式卫星搭载后与留地面未经搭载的同一小麦品种在相同环境下共同播种.小麦苗期性状有较大变化,表现为发芽率提高,出苗率和存苗率降低,白化苗出现,分蘖力和抗冻性没有明显变化.说明航天搭载有可能降低小麦种子苗期对外界环境条件的抵御能力.4个小麦品种SP1代变异株率为2%～3%;成熟期SP1代变异株性状也有较大变化,表现为生育期显著缩短,结实率有所提高,株型向松散趋势发展,穗型则均表现为棍棒形,株高、穗粒数和千粒重的变化品种间表现不一致.航天搭载诱发了小麦多种生物学性状变异,其中一些变异在处理当代即表现出来;航天搭载诱发的变异有有利的,也有不利的;这种变异可能是随机的,也可能与品种遗传特性有关.     

河南启动航天辐射育种太空小麦落地生根

日前，随着免费成功搭载我国首颗航天育种卫星“实践八号”遨游太空15天后返回地面的1500克小麦的交付，河南省科学院同位素研究所超级小麦航天辐射育种项目全面启动。     

航天诱变育种研究进展

利用返回式卫星搭载作物种子并研究其变异机理,进而培育新品种,这已成为一种新型的育种方法。近年来,我国已利用返回式卫星搭载了70多种植物500多个品种的作物种子,航天诱变育种取得了显著的成就,培育出许多新品种(系)。对航天诱变机理的研究方法也逐渐增多,从单一的形态观察向细胞水平、分子水平发展,并且取得了一些长足的进展。本文对航天诱变育种的成就、研究方法和机理进行了综述,同时对存在的问题进行了探讨,对其前景进行了展望。     

卫星搭载水稻材料万2B、万3B的变异研究

【目的】探索返回式卫星搭载的水稻材料在田间种植时的变异情况,筛选突变株系,为下一步的诱变育种提供科学依据。【方法】利用重庆三峡农业科学院的水稻保持系材料万2B、万3B,搭载于“神州六号”返回式卫星上,通过空间微重力、高能重粒子等环境诱发基因变异,应用卫星搭载返回的种子与留地的对照种子进行对比试验。【结果】卫星搭载的水稻保持系万2B、万3B材料的变异特征主要表现在SP2代,各性状正、反两个方向均发生较大变异。SP3、SP4代各性状表现较稳定,没有发现变异株出现。【结论】利用卫星搭载水稻材料万2B、万3B的方法,可以获得较为理想的SP2代变异株系。航天育种是未来水稻育种获得丰富种质资源、充实种质资源库有效途径之一。     

卫星搭载水稻材料万2B、万3B的变异研究

【目的】探索返回式卫星搭载的水稻材料在田间种植时的变异情况,筛选突变株系,为下一步的诱变育种提供科学依据。【方法】利用重庆三峡农业科学院的水稻保持系材料万2B、万3B,搭载于“神州六号”返回式卫星上,通过空间微重力、高能重粒子等环境诱发基因变异,应用卫星搭载返回的种子与留地的对照种子进行对比试验。【结果】卫星搭载的水稻保持系万2B、万3B材料的变异特征主要表现在SP2代,各性状正、反两个方向均发生较大变异。SP3、SP4代各性状表现较稳定,没有发现变异株出现。【结论】利用卫星搭载水稻材料万2B、万3B的方法,可以获得较为理想的SP2代变异株系。航天育种是未来水稻育种获得丰富种质资源、充实种质资源库有效途径之一。     

空间诱变选育小麦新品系的研究

利用小麦纯系种子进行了硼酸溶液和水处理的航天诱变试验。研究表明,航天处理对种子发芽、出苗和生长有明显的促进作用,第二代农艺性状具有广泛变异,而且正向变异较多,为后代选择提供了更多机遇。经一定的育种程序,选出了5个高产、抗病、优质的小麦新品系,其中97-5199已进入生产试验。     

卫星搭载小麦SP2代突变系光合及主要农艺性状的研究

【目的】对小麦纯系种子进行卫星搭载处理,从中筛选突变株,为冬小麦育种提供新的种质资源。【方法】通过田间观察与室内分析,研究卫星搭载小麦陕253和西农1043 2个品种第二代(SP2)光合速率、叶绿素含量及主要农艺性状的变化。【结果】2个小麦品种共得到突变株系12份,其中陕253矮秆变异2份(SP2-253-38和SP2-253-54)、早熟变异1份(SP2-253-51)、高秆变异1份(SP2-253-27);西农1043矮秆变异6份(SP2-1043-1、SP2-1043-15、SP2-1043-16、SP2-1043-19、SP2-1043-40、SP2-1043-41)、高秆变异1份(SP2-1043-37)、矮秆大穗变异1份(SP2-1043-14)。【结论】卫星搭载能够引起较高的突变频率,为冬小麦育种提供了选择依据。     

航天诱变育种研究的新进展

近年来，航天诱变育种已成为空间生命科学研究方面的重要内容之一。国内外利用航天诱变育种技术培育了粮食作物，经济作物，花卉及抗生菌等高产优质新品种（系），经过卫星搭载，生物在高真空，微重力，强辐射及其他因素的综合作用下产生了变异，也可激活细胞中的转座子，使生物发生突变，航天诱变育种技术开创了育种的又一新途径。     

是什么阻碍了太空种子“落地”?

<正>从1987年第九颗返回式卫星首次搭载植物材料至今,我国已经积累了20余年航天工程育种科研及产业化的实践经验和成果。2006年,发射了世界迄今为止唯一一颗专门用于航天育种的卫星"实践     

Hg胁迫对两种基因型小麦生长及其过氧化物酶活性的影响

用不同浓度Hg处理两种基因型小麦种子,较低浓度的Hg对小麦种子萌发影响比较小.对抗旱品种的小麦种子(陕合)的萌发有略微的刺激作用.小剂量、短时间的重金属处理可以提高POD的活性,发芽后受到Hg胁迫的陕合对Hg的耐受性低于发芽前就受到Hg胁迫的陕合,也低于同样胁迫处理的小麦品种(郑引).发芽后进行Hg胁迫处理情况下,陕合对于Hg胁迫比较敏感,POD活性随着Hg浓度的升高而下降;而郑引,低浓度Hg对其POD活性有促进作用.在小麦发芽前就受到Hg胁迫的情况下,陕合和郑引的POD活性都随着Hg浓度增加表现为先上升而后下降趋势.     

卫星搭载黄瓜主要性状的变异研究

利用返地卫星搭载黄瓜干种子，后经地面种植观察，测定发芽率，研究性状的变异，结果表明，卫星搭载对该黄瓜种子无损伤，发芽率同对照达100％，高空特殊条件能引起黄反后代性状的变异，株高、节间长度、叶柄长、茎粗表现正向变异。平均单叶面积和第一雌花节位趋向于正态变异，而且各性状均以有利变异为多。因此，本试验进一步证实了利用卫星搭载作物种子引起变异选育优良品系，是一种安全、有效、快速的诱变育种途径。     

固氮·解磷菌剂对小麦种子萌发及田间小麦产量的影响

[目的]为小麦田间施用微生物菌剂提供参考。[方法]在小麦菌剂浸种萌发试验中,分别以清水、菌剂W6、菌剂C4、菌剂S20、菌剂Yu62、复合菌剂A液（W6、Yu62、S20等比例复配）、复合菌剂B液（C4、Yu62、S20等比例复配）、复合菌剂C液（W6、C4、Yu62、S20等比例复配）对小麦种子浸种后,测定种子芽、根的长度、单株鲜重、单株干重、种子发芽指数、种子发芽率及幼苗活力指数。在小麦田间试验中,分别将菌剂W6、菌剂C4、菌剂S20、菌剂Yu62、复合菌剂A液、复合菌剂B液、复合菌剂C液于小麦苗期、分蘖期根部浇施接种于小麦,并以清水作为对照,统计小麦株高、籽粒千粒重及产量。[结果]小麦菌剂浸种萌发试验结果表明,除菌剂C4处理外,单菌W6、S20、Yu62处理及复合菌剂处理A、B、C均在小麦种子发芽率、芽长、根长、单株生物量干重、单株生物量鲜重、发芽指数及活力指数方面较对照有所提高,且以复合菌剂C处理效果最好。小麦田间试验结果表明,复合菌剂均可以促进小麦生长,使小麦增产,其中复合菌剂A、B、C处理产量分别增加8.39%、8.06%、14.49%。复合菌剂A、B处理千粒重及株高均高于对照,千粒重分别增加5.6%、0.8%,株高分别增加2.93%、1.51%。[结论]复合菌剂C处理增产效果最好,增产达14.49%,有望应用于农业生产中。     

基于R5 ELISA和RP-HPLC法的小麦发芽过程中主要致敏蛋白含量变化

【目的】探索不同萌发状态小麦麸质蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白等主要致敏蛋白含量的动态变化规律,以及醇溶蛋白、谷蛋白亚基的含量变化,为无麸质食品的研发和发芽小麦的利用提供科学依据。【方法】控制发芽条件获得7种不同萌发状态的小麦,采用SDS-PAGE分析不同萌发状态小麦醇溶蛋白（Gliadins）、谷蛋白（Glutenin）的亚基组成变化,通过R5 ELISA和RP-HPLC进一步测定小麦发芽过程中麸质蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白亚基的含量变化。【结果】以R5 ELISA法和RP-HPLC法两种方法可有效测定小麦中麸质蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白亚基的含量,发芽处理对上述过敏蛋白及亚基有不同程度的影响;麸质蛋白含量在发芽初期变化不大,后期显著减少;ω-醇溶蛋白相对含量变化不显著;α-/β-醇溶蛋白的相对含量在发芽过程中大幅度降低（从未处理小麦籽粒的41.85%降低到发芽处理后的31.51%—35.35%,P＜0.01）,γ-醇溶蛋白相对含量从31.37%显著增加到发芽处理后的36.69%—39.02%（P＜0.05）;高分子量麦谷蛋白亚基（high molecular weight glutenin subunit,HMW-GS）和低分子量麦谷蛋白亚基（low molecular weight glutenin subunit,LMW-GS）的相对含量变化不显著,HMW-GS略有减少,从8.66%（未处理组）降低到5.94%（芽长1/4）,再回升到7.28%（芽长=籽粒长）;LMW-GS略有增加,从8.30%（未处理组）增加到10.45%（芽长=籽粒长）。【结论】R5 ELISA法和RP-HPLC法两种方法都可以有效进行小麦致敏蛋白定量分析;发芽过程中小麦的致敏蛋白含量总体呈下降趋势,特别是在发芽芽长达籽粒长1/2时,含有最多致敏肽的α-/β-醇溶蛋白下降尤为显著,提示小麦进行适度发芽处理可以降低致敏性。     

外源植物生长调节剂GGR浸种对小麦种子萌发和幼苗生长的影响

为筛选出植物生长调节剂GGR 6号在小麦播前种子处理上的最佳应用浓度,本试验以烟农19品种小麦为试验材料,采用水培与穴盘育苗相结合的试验方法,设置0、5、10、20、30、50、100 mg·L-1共计7个浸种处理,研究不同浓度GGR浸种对小麦种子萌发和幼苗生长的影响。结果表明,30 mg·L-1 GGR浸种处理下小麦种子的发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数最高,分别较CK显著提高了12.09%、15.31%、31.55%和42.09%。小麦幼苗的株高以20 mg·L-1 GGR浸种处理最高,较CK显著提高了32.00%。小麦根长以50 mg·L-1 GGR浸种处理最高,较CK显著提高了10.26%。30 mg·L-1 GGR浸种处理下小麦种子的茎粗、叶长、根体积、苗鲜重、壮苗指数、叶绿素a、叶绿素b和类胡萝卜素含量分别比CK显著提高了45.19%、25.37%、68.18%、66.34%、35.53%、36.50%、146.88%和131.03%。综合隶属函数分析与评价,适宜浓度的GGR浸种（30 mg·L-1）能显著促进小麦种子萌发以及幼苗的生长,缩短种子发芽时间,对小麦实际栽培过程中培育壮苗、提质增产具有重要意义。     

水杨酸对铜胁迫下小麦种子萌发及抗氧化代谢的影响

[目的]研究水杨酸（SA）促进铜胁迫下小麦种子的萌发及其对萌发过程中氧化胁迫的缓解效应。[方法]采用不同浓度的CuCl2模拟金属铜胁迫梯度处理小麦种子,以小麦种子发芽率达到对照的50%时,为铜胁迫对小麦种子萌发的半抑制浓度;用SA预处理小麦种子6 h后,置于半抑制浓度的铜胁迫条件下,研究小麦种子的发芽状况,检测种子中的铜含量,并探究萌发的种子中过氧化物酶（POD）活性和过氧化氢酶（CAT）活性2个抗氧化指标的变化。[结果]SA能显著促进铜胁迫下小麦种子的萌发;经SA预处理的种子中铜含量明显低于对照;经SA预处理的小麦种子中POD和CAT的活性均明显高于对照。[结论]SA能促进小麦种子的萌发,提高小麦种子的抗氧化能力,同时还可以通过降低种子中的铜含量来缓解其对种子的胁迫效应。     

超声波处理对小麦种子活力影响的转录组分析

为分析超声波处理对小麦种子活力及相关基因表达的影响,设置不同时长超声波(0(CK)、10、20、30、40和50 min)处理小麦种子,同时借助转录组测序技术筛选与小麦种子活力相关的差异表达基因,进行GO分类及KEGG富集分析。结果表明,超声波处理30 min的小麦种子活力最高,且显著高于其他处理和CK。30 min处理的小麦幼苗萌发0 h的脯氨酸含量以及SOD、CAT、POD的活性均显著高于CK,萌发72 h的幼苗SOD、CAT活性与脯氨酸含量均显著高于CK。转录组分析表明,与CK相比,超声波处理30 min的小麦种子萌发0和72 h 共有1 723个差异表达的基因。GO富集分析表明,在生物过程上,超声波处理对种子活力的影响主要集中在氧化还原过程、碳水化合物代谢过程、氧化应激响应与过氧化氢分解代谢过程;在细胞组分上,主要集中在胞外区、质外体、细胞壁和细胞外间隙等质膜外区域;在分子功能上,主要集中在氧化还原酶活性、单加氧酶活性和过氧化物酶活性。KEGG富集分析发现,富集最为显著的3个通路依次为谷胱甘肽代谢(ko00480)、代谢途径(ko01100)与色氨酸代谢(ko00380),其中谷胱甘肽代谢通路共富集32个差异表达基因(DEGs)。     

重金属铅对不同品种小麦种子发芽和幼苗生长的影响

[目的]探讨重金属铅胁迫对小麦种子发芽率和根系生长的影响。[方法]以4个小麦品种为试材,铅胁迫处理设100、150、200、300、600和1200mg/L 6种浓度营养溶液,分别处理小麦种子,观测处理后各品种的种子发芽和幼苗生长情况。[结果]在种子萌发前期,低浓度铅对种子萌发有促进作用,但在种子萌发后期,所有浓度铅均对种子萌发产生抑制作用。不同品种对铅胁迫的耐受能力有所不同。从第7天的发芽率看出,普冰S-30、石4185和京411对铅胁迫的耐受能力优于科农199。铅胁迫对小麦根伸长和茎伸长均有抑制作用,且对根部的抑制作用强于对茎的伸长。当铅浓度达到300mg／L时,小麦根系生长受到严重胁迫。[结论]铅对小麦种子具有毒害作用,且不同品种种子对铅胁迫的耐受能力不同。     

航天处理对小麦组织培养效果的研究

为了促进春小麦航天诱变育种和体细胞无性系变异育种,以航天搭载的小麦纯系种子00-0387、01-0089、02-0174及其相应对照的幼穗、幼胚为外植体进行组织培养,调查了诱变频率、分化频率和S1的农艺性状。结果表明:航天处理及其相应对照的幼穗、幼胚诱导率均在98%以上,差异不显著。航天处理3份幼穗、幼胚的平均分化率均低于相应对照,而且品种间存在基因型差异。组织培养和航天加组织培养对S1农艺性状有不同程度的影响,航天加组培尤为明显。