全 文 ：文章编号 :100028551 (2007) 062589204
我国作物航天育种 20 年的基本成就与展望
刘录祥　郭会君　赵林姝　古佳玉　赵世荣
(中国农业科学院作物科学研究所Π国家农作物基因资源与基因改良重大科学工程 ,北京　100081)
摘 　要 :航天育种是我国科学工作者开创的农作物诱变遗传改良的一种有效新途径。经过 20 年的探索
发展 ,已建立了全国航天育种研究协作网 ,航天育种研究工作取得了可喜的成果 :在水稻、小麦、棉花、青
椒、番茄、芝麻、牧草等作物上育成和审定了 40 多个高产、优质、多抗的农作物新品种 ,并开始在农业生
产中发挥作用 ;获得了一批有可能对产量和品质等重要经济性状有突破性影响的罕见突变 ;航天诱变与
地面模拟诱变育种技术创新取得显著进展 ;航天育种技术及其产品的知识产权保护与产业化、航天诱变
机理探索等方面研究得到稳步推进。本文系统评述了我国航天育种 20 年来的基本成就 ,并根据当前研
究和应用形势提出了发展战略。
关键词 :作物 ;航天育种 ;新品种 ;突变种质 ;发展战略
ACHIEVEMENTS IN THE PAST TWENTY YEARS AND PERSPECTIVE OUTLOOK
OF CROP SPACE BREEDING IN CHINA
LIU Lu2xiang 　GUO Hui2jun 　ZHAO Lin2shu 　GU Jia2yu 　ZHAO Shi2rong
( Institute of Crop Science , Chinese Academy of Agricultural SciencesΠ The National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement , Beijing 　100081)
Abstract :Space breeding is a novel effective approach to crop mutational improvement , which was firstly founded by the
chinese scientists in 1987. A national collaborative research network has been established and significant achievements have
been made during the past twenty years. More than forty new mutant varieties derived from space mutagenesis in rice , wheat ,
cotton , sweet pepper , tomato , sesame and alfalfa have been developed , officially released and put into production. A series of
useful rare mutant germplasms which might make a great breakthrough in crop grain yield andΠor quality improvement have
been obtained. Technique innovations in space breeding and ground simulation of space environmental factors have been made
good progresses. Intellective property right protection and industrialization of space mutation techniques and mutant varieties ,
exploration of the mechanism of space mutation induction have also been stably advanced. In this paper , the main
achievements of crop space breeding in the past twenty years had been reviewed. The perspective development strategies of
space breeding were also discussed.
Key words :crop ; space breeding ; new variety ; mutant germplansm ; development strategy
收稿日期 :2007206202
基金项目 :国家航天育种工程 (发改高技[2003 ]138 号) 、国家自然科学基金项目 (30270345 和 30670488) 、国家 863 课题 (2007AA100102) 、国际原子
能机构项目 (RC12610、RC14195 和 CPR5017)资助
作者简介 :刘录祥 (19652) ,男 ,陕西凤翔人 ,研究员 ,研究方向为作物诱发突变与生物技术育种。Tel : 010262122719 ; E2mail : luxiang @263. net . cn　　利用诱发突变技术能够诱发各种有用的突变基因 ,产生自然界稀有的或用一般常规方法较难获得的新类型、新性状、新基因。据不完全统计[1 ] ,目前国际上有 61 个国家利用诱发突变技术在 164 种植物上育成 2543 个突变品种和数万份突变资源。中国在作物 诱变育种方面取得了举世公认的显著成就[2 ] 。据不完全统计 ,截至 2007 年 ,我国已在 45 种植物上诱变育成741 个突变品种。尽管如此 ,不断提高诱发突变中有益突变的频率一直是国内外研究者关注的重点和难点。针对此问题 ,国内外研究者从诱变材料选择、诱变
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新因素的开发以及突变体筛选技术的改进等方面作了
大量工作 ,取得了较好的进展。
利用返回式卫星等到达的航天环境对植物 (种子)
诱变产生有益的变异 ,经地面选育新种质、新材料 ,培
育新品种的高新技术育种途径和方法 ,称为航天诱变
育种或空间诱变育种 ,简称航天育种[3 ] 。航天育种技
术是我国科技工作者开创的一种有效的卫星搭载种子
诱变育种新技术。航天诱变技术在有效创造特异突变
基因资源和培育作物新品种方面已经显示出重要的作
用 ,成为空间生命科学研究的重要组成部分[4 ] 。本文
分析评述了我国航天育种技术在作物遗传改进中所取
得的成绩与发展前景。
1 　航天育种的发展历程
1987 年 8 月 5 日 ,随着我国第 9 颗返回式科学试
验卫星的成功发射 ,中国科学院遗传研究所蒋兴　研
究员等在国内率先利用返回式卫星搭载水稻等农作物
种子 ,并在后代种植中发现了遗传变异[5 ] 。随后全国
多个研究单位先后参与了作物种子的卫星及高空气球
搭载试验 ,开展空间环境对农作物种子的生物效应与
育种应用 ,由此开始了我国航天诱变农业生物育种的
探索。
1996 年 ,农业部在“九五”计划中首次将农作物航
天育种列为重点课题 ,并由中国农业科学院牵头 ,组织
了全国 20 多个具有较好诱变育种基础的研究单位 ,开
展作物航天育种的联合攻关 ,研究工作取得明显进展 ,
并在水稻和青椒等作物上通过了新品种审定 ,初步形
成了全国农作物航天育种协作研究队伍。
2002 年 ,农作物航天育种技术创新与新品种选育
课题被首次列入国家“十五”863 计划 ,随后国家和地
方政府也加大了对农作物航天诱变育种研究的支持。
“十五”期间 ,我国利用航天育种技术在水稻、小麦、棉
花、茄果类蔬菜等作物上育成并审定了 30 多个新品
种。航天育成的新品种开始在农业生产中应用。
2006 年 9 月 9 日 ,我国成功地发射了“实践八号”
育种专用卫星 ,装载了包括 152 种植物、微生物和动物
等 2020 份生物品种材料 ,并搭载了空间环境探测与机
理研究装置。全国 138 个科研院所、大学及企业单位
的 224 个课题组参加了航天育种工程试验研究工作。
2006 年 10 月 13 日 ,农业部组织召开了航天育种工程
卫星返回种子地面育种工作启动会 ,并批准成立了由
中国农业科学院牵头的全国航天育种协作组 ,形成了
国家、省、地三级农作物航天育种研究体系和网络。航
天育种继续列入国家“十一五”863 计划等重点课题。
航天育种基础与应用研究进入稳步发展的新阶段。
2 　航天育种的基本成就
自 1987 年以来 ,我国利用返回式卫星、神舟飞船
和高空气球先后进行了 23 次作物种子等生物材料的
空间搭载试验 ,育成了一批高产、优质、多抗的农作物
新品种、新品系 ,从中获得了一些有可能对作物产量和
品质等重要经济性状有突破性影响的突变 ,并在航天
诱变育成品种的知识产权保护与产业化、航天诱变育
种机理探索等研究方面取得重要进展。
211 　高产优质多抗作物新品种培育与生产应用
在国家 863 计划、国家重点科技攻关计划、空间科
学计划及农业部重点课题等项目的支持下 ,一批产量
和质量双高的农作物新品种脱颖而出。特别是“十五”
863 计划实施以来 ,先后育成水稻、小麦、番茄、青椒、
芝麻、棉花、牧草等 50 多个进入区试的作物优异新品
系 ,其中特优航 1 号、Ⅱ优航 1 号、华航 1 号、Ⅱ优航
148、Ⅱ优航 2 号、两优航 2 号、培杂泰丰、培杂航七、胜
巴丝苗、金航丝苗、华航丝苗、粤航 1 号、浙 101、中早
21、中浙优 1 号和航天 36 等水稻品种 ;太空 5 号、太空
6 号、龙辐麦 15、龙辐麦 17 和航麦 96 等小麦品种 ;宇
椒 1 号、宇椒 2 号、宇椒 3 号和宇椒 4 号等青椒品种 ;
宇番 1 号和宇番 2 号等番茄品种 ;中芝 11 号和中芝 13
号等芝麻品种 ;中棉 42 和中棉 50 等棉花品种 ,农菁 1
号苜蓿等 40 多个新品种或新组合分别通过国家级或
省级品种审定。航天诱变技术成为高产优质多抗作物
新品种培育的重要途径。
据不完全统计 ,至 2007 年 ,我国航天育成作物新
品种的累计种植面积超过 3000 万亩 ,增产粮食 12 亿
kg。这些优良新品种的育成和应用 ,为促进粮食生产
和提升作物产品质量 ,优化农业产业及产品结构调整
做出了积极贡献。
212 　优异育种新材料和种质资源创制
利用航天诱变育种技术有效推动了育种新材料、
新种质的创制。福建省农业科学院、华南农业大学和
浙江省农业科学院等单位先后获得了一批特异水稻种
质材料 ,如恢复谱广、恢复力强、配合力高、抗瘟性好、
米质较优的水稻恢复系新种质航 1 号、航 2 号、航 148、
航恢七号、航恢八号和 R8007 ;与 Sd 矮秆基因不同的
优质、多蘖和高配合力的水稻新矮源 CHA21、CHA22 和
R955 ;优质香型突变材料 H261、H28 和 H2159 ;结实率在
80 %以上的特大穗型水稻材料 H236 和 H255 ;抗稻瘟病
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和白叶枯病水稻材料浙 101。中国农业科学院航天育
种研究中心创制出极早熟、抗病、强筋小麦新种质
SP8581、SP0225 和 SP798 ,穗长超过 15cm 的大穗矮秆小
麦新材料 SP8724 和 SP2290。这些优异新种质、新材料
已分别进入小麦和水稻常规育种计划及杂交稻育种 ,
并被全国多家育种单位引进和利用 ,对促进稻麦育种
技术起到了重要作用。
213 　航天诱变育种技术研究
多年来 ,我国将卫星搭载与常规育种、杂种优势利
用和生物技术等相结合 ,加速了育种进程 ,提高了育种
效率。由中国农业科学院作物科学研究所主持 ,华南农
业大学和福建农业科学院等单位参加完成的国家“十
五”863 计划“稻麦航天育种技术创新与新品种选育”课
题组 ,在项目实施 4 年中利用这种组合技术育成 12 个
高产、优质、抗病的水稻、小麦新品种 ,并已用于生产。
中国农业科学院航天育种研究中心等单位利用地
面加速器产生的高能单粒子和混合粒子 ,以及屏蔽了
地球磁场的零磁空间等模拟航天环境因素 ,从粒子生
物学、物理场生物学和重力生物学等不同角度研究了
航天环境各因素对小麦、水稻、牧草、青椒、番茄等作物
的诱变效应与分子机理 ,探索建立起地面模拟航天环
境诱变育种技术方法[6～9 ] ,并培育出水稻和牧草新品
种[10 ,11 ] 。
214 　航天育种知识产权保护与产业化开发
我国育成的绝大多数航天诱变新品种、新品系 ,如
华航 1 号水稻、特优航 1 号杂交稻、Ⅱ优航 1 号杂交
稻、航 1 号水稻恢复系、太空 5 号小麦、中棉所 50 棉
花、宇椒 2 号青椒等 ,均已申请植物新品种保护 ,有的
已经获得了新品种保护权。目前我国航天诱变新品种
(品系)申请知识产权保护的比例与力度居于其他各类
育种方法的前列。中国农业科学院航天育种中心等单
位有关航天诱变育种机理及应用基础研究的相关成果
也已申报或获得多项国家技术发明专利。相信随着我
国植物新品种保护制度的进一步完善 ,我国航天诱变
育种技术及其产品知识产权保护的力度也会加强。
航天诱变育种技术及其产品知识产权的有效保护
为更快更好地推进航天诱变育种产业化提供了重要保
障。一些已审定的新品种通过“科研 - 公司 - 农户”一
体化、“种植 - 加工 - 销售”一条龙等模式 ,得到了推广
应用。一批新品种如 Ⅱ优航 1 号三系杂交稻、培杂泰
丰两系杂交稻、中芝 11 号芝麻、龙辐麦 15 号和太空 6
号小麦等还被列入国家科技、财政等部门的技术成果
转化项目或上市种子公司的开发项目。
215 　航天诱变生物效应机理的探索研究
在过去 20 年的航天诱变育种研究中 ,有关航天诱
变生物效应机理的探索主要基于空间环境因素的作用
以及突变体的细胞分子生物学研究。
Gu 等[12 ] 在小麦卫星搭载试验中 ,于飞行前分别
用辐射保护剂半胱氨酸和辐射敏化剂乙二胺四乙酸处
理干种子 ,研究结果证明空间辐射是诱发染色体畸变
的主要因素。黄荣庆等[13 ] 利用核径迹板定位水稻、小
麦和大麦种子 ,发现高能粒子击中与未击中的种子均
产生了不同程度的变异 ,说明微重力对作物种子也具
有一定的诱变作用。Mei 等[14 ]对空间诱变玉米突变后
代进行 RAPD 分析发现 ,1019 %的 RAPD 引物能产生多
态性。蒲志刚等[15 ]利用 AFLP 分子标记对航天诱变的
水稻突变体进行基因组对比分析 ,在突变体中找到了
5 条多态性 DNA 条带。韩蕾等[16 ] 对神舟三号搭载草
地早熟禾纳苏干种子筛选出的皱叶突变株系 PM2 进
行了蛋白质组学分析。骆艺等[17 ] 利用神舟三号飞船
搭载带核径迹辐射探测器的水稻种子装置 ,回收后应
用随机扩增多态性 DNA 技术 ,分析了 201 粒升空种子
长出植株的基因组多态性 ,证明了空间高能重离子辐
射对诱导基因组的多态性 ,乃至遗传性表型变异的有
效性。刘录祥等[6～9 ] 从地面模拟宇宙粒子、零磁空间
以及微重力效应的研究中 ,也证实了航天环境因素具
有明显不同于传统γ射线的生物效应与诱变效果。这
些研究进展为揭示和阐明航天诱变作物变异的机制提
供了重要基础。
3 　问题与展望
311 　进一步规范航天育种试验研究程序
近些年来 ,航天育种的成效受到越来越多的研究
者、经营者和生产者的关注 ,但一些研究报告或者新闻
报道违背科学研究的基本规律 ,如把一些并未经过航
天搭载 ,或是虽有过航天搭载但根本没有突变选择培
育过程 ,只是经过简单扩繁的品种直接贴上“航天品
种”的标签。切实规范航天育种的试验程序是确保航
天育种健康发展的关键。航天育种虽是一项探索性很
强的育种新技术 ,但其地面育种程序与传统的诱变育
种程序是一致的。为了保证航天诱变育种选择的准确
性及试验的科学性 ,农业部已于 2006 年 10 月组织有关
专家编写出《植物航天育种试验研究程序 (推荐)》,要求
在种植搭载种子及其后代的同时 ,必须种植相应的地面
对照种子 ,并进行同样的观察、记录 ,作为突变株 (系)鉴
别的依据。航天搭载第一代一般不做选择 ,第二代是突
变选择的关键世代 ,第三代以后为突变体的稳定性鉴定
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和优良突变株系的鉴评。航天育种试验工作应该从后
代群体中筛选明显变异的个体入手 ,而非着眼于群体性
状的世代变化 ;数据分析也应着重在突变个体 (株系)的
发现 ,而不是寻找群体平均数的变异 ,要特别重视从诱
变第二代开始的选择工作。对于筛选获得的重要突变
体 ,还可以进一步通过与原始亲本品种的杂交等途径 ,
分析研究该突变性状的遗传基础。
312 　加强作物航天诱变的分子基础研究
目前我国作物航天育种的研究应用总体上还处在
初级发展阶段 ,在作物空间环境响应或诱变机理、提高
突变预见性和选择效率等基础研究方面明显滞后于应
用研究。为了适应航天技术发展的需要 ,必须加强理
论方法学及其分子基础研究。结合空间环境探测与地
面模拟试验 ,进一步探讨航天环境因素影响植物生长
发育的规律 ,获得不同航天环境因子、植物种类及遗传
背景因素对生物体遗传稳定性和变异的影响 ,明确航
天环境的主要诱因及其作用机制 ,解析空间辐射环境
诱变的分子机理及与微重力等其他航天因素的协同关
系 ,结合现代生物技术和基因测序技术 ,阐明空间搭载
诱变对植物 DNA 序列的效应 ,建立航天诱变生物学效
应的模式分析系统 ,为作物航天诱变育种应用奠定理
论基础。希望国家“863”、“973”和自然科学基金等进
一步加强航天诱变机理研究 ,促进航天诱变基础研究
水平的不断提高。
313 　作物航天诱变育种关键技术有待突破与实用化
我国作物航天育种育出了一批新品种 ,但在航天
诱变育种关键技术体系的集成创新与应用方面还远远
不够 ,如需在航天环境高效诱变技术、地面模拟航天环
境因素诱变技术、高通量突变体筛选技术以及重要突
变体的分子鉴定等关键技术的研究有所突破。航天诱
变与细胞工程、分子育种等现代生物技术尚未有机衔
接 ,产量与品质、抗逆性协调改良的高效诱变育种技术
还未建立。我国作物航天育种技术在不同作物之间发
展也还不平衡 ,在水稻、小麦、棉花、番茄、青椒等作物
上已获得初步成效 ,但在玉米、大豆、油菜等作物上尚
待扩大研究应用。建议在国家支撑计划等项目的支持
下 ,进一步建立和完善作物航天诱变育种方法和高效
育种关键技术体系。
314 　加强示范推广 ,促进航天育种产业发展
作为一项新的育种技术 ,航天育种育成的品种还
没有得到大面积的推广利用 ,新品种在农业增产、农民
增收和农村经济发展中的作用还远未充分发挥。建议
从目前已经育成的航天新品种中选择市场应用前景
好、具有后续产业化潜力的品种 ,纳入国家农业科技成
果推广计划。委托重点科研与企业单位 ,精心组织 ,加
速试验 ,集中示范和扩大推广 ,以基地带动生产 ,提高
航天技术育种的显示度。把示范推广和技术服务提高
到科研、展示并重的地位 ,逐步建立集科研、开发、示
范、推广于一体的航天技术育种研发网络 ,实现航天育
种技术产业化。
315 　加强航天育种的国际合作
近年来 ,我国在航天育种研究领域逐渐开始与国
际原子能机构 ( IAEA) 、亚洲核科技论坛 (FNCA) 、韩国、
澳大利亚、美国和英国等国际组织与国家的合作与交
流 ,不仅促进了航天育种技术向世界的传播 ,而且在合
作交往中也吸收了国外的先进技术。不断加强航天育
种国际合作与国际开发 ,对于促进航天育种迅速走向
世界 ,巩固我国在航天育种研究领域的国际先进性、创
造性及航天育种产品开发方面的领先地位 ,发展航天
育种产业 ,支撑我国农业生产及农业科技的持续发展 ,
引领国际空间资源的有效开发利用具有极其重要的意
义。
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图 7 　蒸馏温度对重组分 VE 含量影响
Fig. 7 　Influence of distillation temperature
on VE content in residue
子蒸馏去除FFA浓缩 VE 工艺过程相对较简单 ,但获得
的 VE 纯度较酯化 - 蒸馏法低。
由于脱臭工艺和设备的落后 ,国内脱臭馏出物中
天然维生素 E 含量只有 3 %～6 % ,大大低于国外的
10 %～14 %。这也是本研究分离的维生素 E 含量
( 25 %) 较日本研究者 Shimada 等[11 ] 分离的含量
(7614 %)低的原因之一。目前市场上维生素 E 含量在
50 %以上的浓缩品 ,需反复分子蒸馏浓缩 3 次以上。
多次蒸馏后虽然可以得到较高浓度的维生素 E , 但回
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