全 文 ：文章编号 :100028551 (2002) 0520328203
我国高空气球诱变育种的研究进展
李金国1 　王小琴2
(11 中国科学院遗传研究所 ,北京　100101 ;21 中国农业科学院蔬菜花卉研究所 ,北京　100081)
摘 　要 :1987～1997 年 ,利用高空气球搭载农作物种子和食用菌菌种 ,进行空间诱变处
理 ,研究空间诱变效应。结果表明 :经高空气球搭载处理的农作物种子和食用菌菌种
选育出的突变品系的生育期、抗病性和脂肪含量、铁元素含量、维生素 C 和产量性状
比原亲本有明显的改良。说明此性状变异是可以遗传的。
关键词 :高空环境 ;高空气球 ;农作物种子 ;食用菌菌种 ;诱变育种 ;遗传性
收稿日期 :2000208204
基金项目 :8632227222521 支持课题
作者简介 :李金国 (1949～) ,男 ,上海人 ,副研 ,从事空间生命科学研究
为了进一步深入研究高空环境条件对植物后代的变异的可能性和遗传性 ,现将我国 1987
～1997 年高空气球搭载飞行处理的农作物种子及食用菌菌种试验结果分述如下。
高空气球搭载诱变育种 ,就是在距离地球 20～40km 的高空环境进行各种农作物种子及食
用菌的菌种飞行搭载处理 ,返地后种植选育。材料所处的空间条件是 :高空气球飞行高度为
20～40km ,飞行累积时间为 2～10h ,大气结构、气温、空气密度、压力、地磁刚度、平流层辐射与
地面有差异 ,还有强烈的紫外线辐射 ;这些综合因素能对植物种子和食用菌菌种产生诱变作
用 ,引起其变异。此方法价格低、效果较好 ,是一个值得进一步探索和开拓的空间诱变育种途
径。
1 　高空气球搭载诱变育种取得的成果
111 　粮食类作物
11111 　水稻 　1987 年高空气球搭载粳稻中作 59、海香品种 ,在第 2 代形态产生分离 ,从中分离
出一些优质米类型 ,性状能在后代中稳定遗传。在第 4 代中有一些株系能恢复籼稻不育系的
植株 ,将为水稻亚种间杂交稻找到良好的恢复系材料 ,1992 年找到了 24 个有生产价值的杂交
组合 ,其杂种优势强 ,结实率达 80 %～93 % ,种子饱满度好 ,有些杂交组合后代的千粒重在 30g
以上 ,有可能成为粮食增产的一个新突破。这些结果说明高空环境条件诱发水稻的育性基因
的突变 ,可为籼粳亚种间杂交稻育种提供一条新途径[2 ] 。此项成果于 1994 年通过广西南宁科
委的验收鉴定。
1992 年气球搭载晚糯稻 ZR9 ,在 SP1 代 (空间第 1 代)的秧苗期有 2 株叶片上出现白条纹 ,
这和 Slater 及 Tobias 报道高空气球飞行搭载后玉米的结果一致[1 ] 。而后在 1994 年 SP4 (空间第
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4 代)的 30 个株系选育出定型的 1 个品系航育 1 号 1995～1996 参加种植试验 ,产量一般为
6750kgΠhm2 左右 ,高的可达 7500kgΠhm2 以上。最高可达 9750kgΠhm2 。目前此品种已通过浙江
衢州品种审定小组的品种审定 ,并已在全国推广约 6666hm2 [3 ] 。
11112 　小麦 　1991 年气球搭载小麦豫麦 13 号 ,从中选育出 1 个郑航 1 号突变品系 ,1993～
1994 年度参加联合鉴定试验 ,产量 6894kgΠhm2 ,比生产用的对照豫麦 2 号品种增产 2019 % ,居
参试的 55 个品系第 1 位 ,4 个试验点种植平均产量 9540kgΠhm2 ,1996 年秋播该品种约 66hm2 [4 ] 。
1990 年气球搭载小麦鲁麦 14 号 ,从 1992～1997 年种植选育出烟航选 2 号突变品种的 6
代 ,在 1996～1997 年山东鲁东片冬小麦 12 个品种的评比中平均产量 775918kgΠhm2 ,居第 1 位 ,
较对照增产 9111 %。并在 SP3 代中选育出蛋白质含量为 16125 %的方穗型株系 ,对照蛋白质含
量为 14117 % ,高空飞行处理的突变株系比对照蛋白质含量增加 1417 %。这些结果说明高空
环境可动摇小麦产量、品质的基因连锁和结构 ,并可在其后代中稳定遗传。这对加快育种进程
是有利的[5 ] 。
11113 　谷子 　1991 年气球搭载谷子 86222 空间第 1 代 (SP1 ) 的谷子旗叶叶面积比对照高约
25 % ,SP3 代选出特大穗、穗谷码子多 ,平均长度 33～35cm ,最长达 38cm ,较对照长 8～10cm。
SP322 株系的脂肪比对照提高 1133 %。SP325 株系含铁量高达 15015mgΠkg ,比对照高 6115mgΠ
kg。对大穗株系 SP4 代进行光合速率测定表明 ,其光合速率平均比对照高 2719 % ,4 个大穗株
系 SP4 代叶绿素平均含量为 161355mgΠL ,对照为 151432mgΠL ,平均比对照高 5198 % ,这将有助
于大穗的形成和穗重的增加。SP4 代第 6 个株系小区产量比对照增产 3911 %。以上结果表
明 :经高空气球搭载处理的谷子 ,一些植物学性状和品质性状产生一定的变异 ,可从中选育生
产有价值的优良品 (系)种[6 ] 。
11114 　红小豆 　1988 年气球搭载红小球 8821 种子 ,贮藏 7 年后 ,1995 年种植地面对照和 SP
当代 ,得到 SP1 代的 1 株突变体 5 个分枝 ,豆荚长 616cm ,每荚种子 1～6 粒 ,419gΠ50 粒 ,1811gΠ
单株种子 ;地面对照为 4 个分枝 ,豆荚长 518cm ,每荚种子 1～5 粒 ,316gΠ50 粒 ,10gΠ单株种子重。
1996 年种植 SP2 代从中分离出 50、52、91、121、132、145、166 个荚的单株。1997 年种植 SP3 代的
79 株 ,其分枝数的变异幅度为 2～7 个 ,平均分枝数为 415 个。植株开阔度的变异幅度为 2715
～118cm ,平均开阔度为 6211cm。79 株共结荚 6060 个 ,其结荚数的变异幅度为 16～225 个 ,平
均每株结荚数为 7617 个。79 株种子总产量为 369016g ,其 50 粒种子重为 813g ,变异幅度为
1118～14911g ,平均每株种子产量为 46172g。
经气球搭载的红小豆种植的后代 ,从分枝、结荚数、种子的产量都比地面对照提高 ,且煮后
比一般红小豆易烂 ,口感也较对照好。可从中选育出高产质优的品 (种)系。
112 　油料类作物
1990 年高空气球搭载大豆种子 ,经多年种植选育 ,在 SP3 代中成熟期发生明显分离 ,其中
极早熟的在 9 月 5 日成熟 ,比对照合丰提早 27d 成熟 ,极晚熟的较对照晚熟 7d ,熟期相差 34d ;
从亚有限结荚习性的植株中分离出形态各异的无限结荚习性的单株 ,目前正在进一步选择[7 ] 。
113 　蔬菜类作物
1988 年高空气球搭载青椒种子 ,经多年种植选育 ,获得三心室的青椒及比地面对照增产
22 %～43 %的新品系 ,高空气球搭载处理的青椒维生素 C 含量为 21698mgΠ100g ,比地面对照提
高 9163 % ,并有少量种植[2 ] 。
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114 　食用菌类
1997 年经高空气球搭载的香菇出菇时间比对照早 10d ,菇盖平均直径 12cm ,菇盖厚度
111cm ,分别比对照提高 32 %和 20 %。对其 Cr04D21、Cr04DZ突变菌株进行分子生物学 (RAPD)
分析 ,共用了 120 个引物 ,其中 2 个引物 OPQ17、OPM06 ,在 Cr04DZ和对照间扩增出重复性、稳
定性好的多态性产物 (DNA 带) ,而在 Cr04D21 与其对照之间未检测出多态性。从形态指标、和
分子水平上都已证明经高空气球搭载处理的香菇菌种发生明显突变 ,且性状好 ,经过两轮的栽
培试验数据表明 ,该突变菌株子实体大且厚 ,产量明显提高 ,有希望培育出高产菌株[8 ] 。
2 　农作物高空气球搭载诱变育种特点
经过多年的农作物和食用菌的高空气球搭载和种植选育研究 ,证实利用空间特殊环境条
件对农作物和食用菌的空间诱变育种独有的特点是 :可获得地面难以得到的罕见突变体 ,且其
变异频率高、变异幅度大、变异材料容易稳定、有利变异多、有利于培育出高产的农作物和食用
菌的新品种。
3 　我国高空气球搭载诱变育种的研究和应用水平
我国在世界上最先将高空水稻、高空小麦、高空食用菌等用于农业生产 ,并在各地推广种
植 ;并最先将 RPAD 分子生物学分方法用于空间育种领域研究。
参考文献 :
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[2 ] 　Li Jinguo , Wang Peisheng , et al . Mutation effect of high altitude balloon flight on rice and green pepper seeds. Space Medicine &
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[4 ] 　张世成 ,林作楫 ,杨会民 ,等. 航天诱变条件下小麦若干性状变异. 空间科学学报 ,1996 ,16 (增刊) :103～107
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PROGRESS OF STUDY ON THE MUTATION BREEDING CARRIED BY HIGH
ALTITUDE BALLOON FLIGHT IN CHINA
LI Jin2guo1 　WANG Xiao2qin2
(11 Institute of Genetics , Chinese Academia Sinica , Beijing 100101 ;
21 Institute of Vegetables and Flowers , Chinese Academy of Agricultural Sinica , Beijing 100081)
033 Acta Agriculturae Nucleatae Sinica
2002 ,16 (5) :328～330