陕西省科学技术协会科普宣传专栏 诱变的不可控性（上） 从航天育种技术研究到中国种业革命
我国是人口大国、农业大国，也是种子的需求大国，年种子需求量高达125亿公斤左右。拓宽育种途径，创制新的种质资源，是我国农业种业的头等大事。
“种瓜得瓜，种豆得豆”“一胎生九仔，连母十个样”这两句俗语充分诠释了生物遗传和变异之间的关系。生物遗传一方面具有稳定的遗传性，另一方面在世代更替的过程中存在一定的变异性。遗传的稳定性使生物保持相对稳定的生物学特征，变异性使生物群体内不断产生新的变异个体，从而使综合性状更好的品种不断涌现。
农作物品种的好坏，取决于种质材料的好坏。种质材料一方面来源于自然界收集，另一方面来源于人为创造。目前人类对自然资源的开发已经到了很高的程度，尤其是农作物资源。未来新品种的培育更多要依靠人类不断地开拓创新，培育、创造出更多更好的新材料。
航天育种（也称空间诱变育种、太空育种）利用返回式卫星、飞船、空间站等航天器搭载农作物种子进入太空环境（微重力、弱地磁、强辐射等），在与地面完全不同的环境中促使农作物种子产生比地面正常环境下更多的变异，然后在这些变异中寻找符合育种目标的优良种质材料，从而培育出新品种。
种子被送到太空，在复杂的空间辐射环境中，DNA分子会发生损伤。损伤形成是一个复杂的过程，射线的能量沉淀在物质上，引起物质的原子和分子的激发与电离，这个过程为10.13秒到10.14秒。局部能量沉积可以造成一些新的化学物质的生成，同时电离过程产生的自由基和物质相互作用可以改变分子结构。辐射可以引起DNA多种类型的损伤，包括碱基变化（如脱氨基、碱基脱落）、两键间氢键的断裂、单键断裂、双键断裂、螺旋内的交联与其他DNA分子的交联和与蛋白质的交联，辐射使DNA链断裂，可以造成染色体结构的变化。如果染色体不能修复这些损伤，或者修复过程中出现“错误”（错位、重复、缺失等）即产生新的变异（这些变异有的可以稳定遗传，有的不能稳定遗传）。
正是基于这样的原因，空间诱变可以获得地面常规方法较难获得的罕见变异，优良变异就是新材料新品种的前提和基础。一般认为空间辐射是引发诱变的主要因素。当然，航天诱变是诸多因素的综合作用效果，如微重力、弱地磁、超真空、气压和温度等因素的变化都会对搭载材料造成不同程度的影响。
同时，航天育种也面临着最大的现实问题——诱变的不可控性。航天育种过程中，种子被送到太空，滞留时间的长短，目前取决于航天器的工作任务时间；接受到辐射的强弱，也取决于不稳定的太空环境，具有很大随机性；变异的多少、好坏，取决于染色体受到伤害的程度和修复过程中“错误”的多少。众多的不可控因素使得航天育种（诱变）处于一个不可控的状态，不同的搭载试验可能得到完全不同的结果。虽然有些规律可循，但仍缺少大量的研究深入探讨空间诱变的诱因及其作用的生化和分子生物学机理。因此，航天育种还应加强包括空间微重力效应研究、空间辐射生物学效应研究、空间综合条件的生物学效应研究等，以提高空间诱变育种的效率和预见性。
航天育种是创造育种新材料的有效途径，如何最大程度地利用这一有效途径，使得航天诱变更加高效、更加可控，是未来航天育种需要深入研究的课题。
（作者为航天育种（杨凌）种质资源研究中心主任、中加航天农业科技产业园首席科学家 郭锐）
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