全 文 ：文章编号 :100028551 (2004) 042280204
航天诱变选育高产高蛋白质水稻新品种
方金梁1 　邹定斌2 　周永胜1 　宁娇丽2
(11 湖南省娄底市机电工程学校 ,湖南 娄底　417000 ; 21 湖南科技大学 ,湖南 湘潭　411201)
摘 　要 :水稻纯系干种子搭载返回式卫星诱变 ,于 F1 代得到变异表达 ,F3 稳定遗传。变异系与
同一穗系留地面未经搭载诱变的种子比较 ,每穗实粒数增加 ,结实率提高 ,有效穗和千粒重增
加 ,籽粒长宽比与剑叶增长 ,米质变优 ,蛋白质含量提高 ,生育期则向感温性强与感光性强两极
分化。经 5 代系谱选育 ,育成两个不同生态型的高产、高蛋白质水稻新品种。
关键词 :水稻 ;育种 ;空间诱变 ;蛋白质
BREEDING OF HIGH YIELD AND HIGH PROTEIN RICE VARIETIES BY SPACE MUTATION
FANGJin2liang 　ZOU Ding2bin 　ZHOU Yong2sheng 　NINGJiao2li
(1. Laudi Mechanical and Electronic Engineering School , Loudi , Hunan , 41700 ;
2. Hunan University of Science and Technology , Xiangtan , Hunan , 411201)
Abstract :Purebred rice seeds is induced by boarding on the return satellite for 15d. The variation is displayed in F1
and F3 shows stable heredity. Comparing the varied seeds with the control , the grains of each ear , the productive
ear and the seed setting rate all increased. The quality of the rice has improved and the protein of grains has also
increased. The growth of the rices goes to the two extremes of being temperature - sensitive and light2sensitive.
After five generations of selective breeding , two new varieties of rice finally bred , which are of two different ecotypes
and high protein contained and high yield.
Key words :rice ; breeding ; space mutation ; protein
收稿日期 :2004203211
作者简介 :方金梁 (1930～) ,男 ,湖南省洞口县人 ,高级讲师 ,主要从事农作物的育种与栽培研究工作。
选育高产、高蛋白质水稻品种 ,对于提高人民的蛋白质营养水平、广辟畜牧业高蛋白质饲料资源、开
发高蛋白质营养保健食品以满足日益增长的需求 ,有着非常重要的意义。目前对高蛋白质水稻育种已
引起国内外重视 ,美国采用生物技术 ,日本用γ射线辐射诱变 ,印度则从农家品种中筛选 ,国内如中国农
科院采用染色体加倍技术 ,华中农大则用组织培养技术 ,但应用多种不同的方法选育高蛋白质的水稻新
品种 ,至今都没有育成高产、优质、高蛋白质水稻新品种投入生产。
正当高白质水稻育种在前进中急需探讨新途径时 ,我国的空间科学技术取得了长足的发展 ,返回式
卫星发射成功 ,为空间生命科学实验创造了实际可行的条件。分别于 1992 年～2003 年先后 4 次应用返
回式卫星进行搭载水稻种子空间诱变育种 ,育种成糙米蛋白质含量 12 %以上 ,米质达国家 1、2 级优质米
标准 ,产量在 500～600kgΠ667m2 以上的宇航 1、2、3、4 号等系列高蛋白质优质水稻新品种 (系) 。本文报
道 1996 年利用返回式卫星搭载水稻种子进行诱变 ,育成早籼宇航 3 号和晚籼宇航 4 号两个不同生态型
高蛋白质水稻新品种的育种过程及诱变效应。
082　 核 农 学 报　2004 ,18 (4) :280～283Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
1 　材料和方法
1996 年 10 月 20 至 11 月 4 日 ,将水稻新品系瑰宝 1 号的纯系干种子 ,密封置于 JB2IAΠ01 (F3 )返回式
卫星返回舱内 ,星内微重力为 115 ×10 - 5 g ,真空度为 10 - 8 Pa ,电子辐射积分通量为 1010 eΠcm ,辐射剂量为
01179mGyΠd ,卫星运行近地点距地面 218km ,远地点距地面 322km ,运行 15d。回收后于地面种植 ,预留同
品种同穗系的瑰宝 1 号种子作对照。
2 　结果与分析
空间诱变处理的种子于 F1 就得到变异表达 ,朝穗大、粒多、籽粒变长、分蘖增加、剑叶变长 ,趋向高
产、高蛋白质、优质方面修饰变异。生育期则向感光性强与感温性强即迟熟与早熟两极分化 ,选择具有
高产、高蛋白质、优质性状的变异株 ,于 F2 分别建立早熟与迟熟穗系圃 ,经 5 代系谱选育定型 ,育成早籼
宇航 3 号和晚籼宇航 4 号两个不同生态型的高产、高蛋白质优质稻新品种 ,经多点示范 ,两年区试表现
比对照增产 28 % ,蛋白质含量提高 015 %～018 % ,米质提高 1 级。于 2000 年通过湖南省娄底市品种审
定小组审定。
211 　生育期
经空间诱变 ,水稻的生育期向早熟与迟熟两极分化。充分利用两极分化的变异系 ,从中筛选出早熟
与迟熟两个不同类型的株系。其中早籼宇航 3 号全生育期 115d (试验地北纬 27°11′,东经 111°44′,海拔
282m) 、比对照早熟 5d。晚籼宇航 4 号为中熟晚籼 ,全生育期 122d ,比对照早熟 6d。
212 　其他性状
宇航 3、4 号经济性状与对照比较见表 1。从表 1 看出 ,经卫星搭载空间诱变育成的宇航 3 号比对照
植株变矮、穗子增长 ,每穗实粒数增多 ,有效穗和粒重增加 ,变异朝高产方向发展。
宇航 4 号与对照比较 ,株高增加 5cm ,且杆子粗、根系活力强 ,没有倒伏现象 ,穗长增加 5cm ,每穗实
粒数增加 44 粒 ,千粒重增加 015g ,有效穗虽略有减少 ,产量仍增加了 143kgΠ667m2 ,增产 2813 % ,说明变
异朝着高产方向发展。
早籼宇航 3 号表现株叶形态适中 ,生长整齐一致 ,性状稳定 ,抗性好 ,抗稻瘟病、白叶枯病与稻飞虱 ;
茎杆粗 ,剑叶长 ,不倒伏 ,成熟时谷黄叶青。宇航 4 号表现茎杆壮 ,抗性好 ,剑叶长 ,穗大粒多 ,籽粒长 ,米
粒垩白率很少 ,株叶型好 ,株高 100cm ,穗长 25cm ,每 667m2 有效穗 20 万穗左右 ,每穗实粒数平均 150 粒 ,
千粒重 24g。
表 1 　宇航 3 号、宇航 4 号与对照(瑰宝 1 号)经济性状比较
Table 1 　comparison of agronomic traits between Yuhang 3 and Yuhang 4
品系
line
株高
plant height
(cm)
穗长
panicle length
(cm)
每穗实粒数
No. of productive
grain per panicle
千粒重
10002grain weight
(g)
有效穗数
productive panicles
per plant
(万穗Π667m2) 产量yield(kgΠ667m2)
宇航 3 号
Yuhang No. 3 80 2012 9712 24128 2715 649
宇航 4 号
Yuhang No. 4
100 25 150 24 18 648
对照 (瑰宝 1 号)
control
95 20 86 2315 25 505
对照与 3 号比
CK compared with
Yuhang No. 3
- 15 + 012 + 1112 + 0178 + 215 + 144kg
+ 2815 %
对照与 4 号比
CK compared with
Yuhang No. 4
+ 5 + 5 + 64 + 015 - 7 + 143
2813 %
182　4 期 航天诱变选育高产高蛋白质水稻新品种
表 2 　宇航 3 号、4 号稻米品质与对照(瑰宝 1 号)比较
Table 2 　Comprison of rice quality among Yuhang 3 , Yuhang 4 and CK
项目
item
CK(瑰宝 1 号)
Guibao No. 1
宇航 3 号
Yuhang No. 3
CK与 3 号比
CK compared with
Yuhang No. 3
宇航 4 号
Yuhang No. 4
CK与 4 号比
CK compared with
Yuhang No. 4
糙米率
brown rice rate ( %) 7919 7913 - 016 80 + 011
精米率
milled rice rate ( %) 74137 72 - 214 74138 + 0107
整精米率
head rice rate ( %) 46173 58121 + 11148 56 + 9125
籽粒长
grain length (mm) 7146 7138 - 0108 7142 - 0104
籽粒宽
grain width (mm) 2115 1184 + 0131 2112 - 0103
籽粒长宽比
grain lengthΠwidth 3148 4101 + 0153 315 + 0102
垩白率
chalk rice rate ( %) 7 1 - 6 5 - 2
垩白度
chalkness( %) 1126 111 - 0106 1112 - 0114
透明度 (级)
transparency(class) 5 1 - 4 1 - 4
糊化温度 (碱值)
pasting temperature
617 711 - 014 7 + 013
胶稠度
gel consistency
77 76 - 1 78 + 1
直链淀粉
amylose ( %) 1215 1019 - 116 18 + 515
蛋白质
protein ( %) 1119 12178 + 0188 12145 + 0188
米质评价 (级)
evaluation of rice quality(class) 2 1 + 1 1 + 1
213 　米质
米质分析 (表 2)表明 ,未经搭载的对照米质为 2 级优质米 ,糙米粗蛋白质含量 1119 %。通过卫星搭
载、空间诱变 ,米质向高蛋白质、优质方向发展。经搭载、诱变育成的宇航 3 号、4 号米质得到了很好的
改良。
宇航 3 号的整精米率高达 58121 % ,比对照提高 11146 % ;籽粒长宽达 4101 ,比较对照增加 0153 ;垩
白率由 7 %降低到 1 % ;透明度达到 1 级 ,直链淀粉含量降低了 116 % ;碾米品质好 ,口感好 ,外观色泽和
透明度更好 ,特别是糙米粗蛋白质含量提高了 0188 %。同样宇航 4 号的糙米率比对照提高 011 % ,整精
米率提高 912 % ,垩白率降低 2 % ,透明度达到 1 级 ,直链淀粉增加了 515 % ,糙米粗蛋白质含量 12145 % ,
蛋白质含量提高了 0145 % ,米质提高 1 级 ,籽粒长。
214 　经济效益与栽培
早籼宇航 3 号经专家验收 ,平均产量 63819kgΠ667m2 。2000 年在湖南省娄底市娄星区、冷江市、新化
县和怀化市沅陵县等地种植 1113hm2 ,平均产量达 8220kgΠhm2 。该品种为中熟早籼 ,在长江流域南方 13
省栽培 ,宜于 3 月下旬播种 ,可在 7 月中旬成熟。在栽培技术上应注意培育壮秧 ,早施分蘖肥 ,重施穗
肥 ,搞好水浆管理 ,灌浆期宜干湿壮籽 ,及时防治病虫害与田间杂草 ,后期脱水不宜过早 ,防止早衰 ,促使
谷黄叶青、落色好。
宇航 4 号验收产量为 560kgΠ667m2 。经中国水稻研究所分析 ,米质达国家 1 级优质米标准。专家认
为 :宇航 4 号是一个增产潜力大、有推广前途的高产、高蛋白质优质晚籼新品种。2000 年在湖南娄底市
娄星区、涟源市和邵阳市洞口县等地试种 616hm2 ,平均产量 9400kgΠhm2 ,获得了很好的社会经济效益。
282 核　农　学　报 18 卷
该品种感光性中等 ,在长江中下游南方水稻区作连晚栽培 ,宜于 6 月下旬播种 ,10 月下旬成熟 ,为中熟
晚籼。在栽培技术上应注重培育壮秧 ,大田用种量 2kgΠ667m2 ,秧田播种量 30kgΠ667m2 ,株 ×行 = 20 ×
1617cm ,每 667m2 插 2 万蔸 ,早施分蘖肥 ,注意施壮籽肥 ,搞好后期管理 ,及时防治病虫害 ,促使穗大粒
多 ,谷黄叶青 ,后期落色好。
3 　讨论与结论
笔者自 20 世纪 70 年代中期以来 ,先后采用远缘杂交 (水稻 ×玉米) 、分子育种 (玉米外源 DNA 导入
水稻)等多种途径选育高产高蛋白质水稻新品种 ,从实践中认识到 ,高蛋白质水稻育种存在 4 大矛盾 :即
高产与高蛋白质、高蛋白质与抗性、高蛋白质与食味和高蛋白质与外观品质。由于这 4 大矛盾导致育种
周期长 ,进展显得缓慢 ,而且用传统的育种方法育成的新品种容易退化。
育种材料对空间环境的敏感性存在差异 ,因之选择合适的育种材料 ,进行空间诱变非常重要。
水稻干种子经卫星搭载空间诱变 ,朝高产优质 ,高蛋白质方向变异 ,生育期则向早熟与迟熟两极分
化 ,在选育中充分利用生育期两极分化的变异系 ,一次育成了感温性中等的高产、优质、高蛋白质的早籼
宇航 3 号和感光性中等的高产、高蛋白质、优质的晚籼宇航 4 号的两个不同生态型的新品种 ,这样“一石
两鸟”,一次空间诱变育成早、晚两个生态型不同的新品种 ,收到了事半功倍的效果 ,是航天育种的一大
优势 ,其它育种途径难以实现。
研究表明 ,水稻高蛋白质性状受隐性基因控制 ,高产经济性状则受显性基因制约 ,品种的高蛋白质
与透明度、口感、抗性和产量等性状遗传表达相互矛盾。常规育种难以解决高蛋白质与高产难结合的矛
盾 ,而空间环境诱变是修饰性基因变异 ,而非基因重组 ,这样的变异是质变而非量变 ,品种经济性状和品
质同时修饰 ,变异朝着有利于优质、高产相结合的方向发展 ,而且稳定快 ,SP2 就能选到符合育种目标、
具有高产与高蛋白质相结合的优良性状的变异系 ,且能稳定遗传 ,表明航天育种是水稻高产、高蛋白质
育种有效的新途径。
参考文献 :
[ 1 ] 　李雪梅 ,等. 中国返回式卫星搭载试验研究数据汇编. 北京 :北京 CAST出版社 ,1999 ,14～16
[ 2 ] 　徐建龙 ,等. 空间环境对水稻诱变作用的研究. 航天育种论文集 ,1995 ,28～31
[ 3 ] 　方金梁 ,等. 高蛋白质水稻育种的新进展. 作物研究 ,1994 ,3 :6～9
[ 4 ] 　张旭 ,等. 生态因子对稻米蛋白质含量的影响. 水稻生态育种 ,1981 ,2 :441～117
382Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2004 ,18 (4) :280～283