农作物的辐射育种

因为良种一般都具有产量高、抗病虫害和抗其它自然灾害能力强等优点，因此选育良种是提高农作物产量和质量至关重要的一环，历来受到人们的高度重视。农作物在种植的过程中，由于受到各种外界条件的影响，可能发生某些变异，使得它们的后代在某些方面与其亲代有所不同。我们知道， 依靠自然环境条件的变化所引起的自然变异，特别是可以一代一代遗传下去的遗传变异是非常少的，而且其中还有一些我们所不希望的变异，因此用这种办法来培育良种是很不容易的，而且要经历相当漫长的过程。

自古以来人们都在想方设法寻找能够加速育种过程的办法，使它在较短的时间里能够得到我们所希望的优良变异。经过了广大科技工作者长期的探索和积累，创造了许多培育良种的有效办法，例如，选择育种法、杂交育种法和利用杂种优势育种法等，培育了许多优良品种。辐射育种是近几十年来发展起来的一种较新的育种方法。什么是辐射育种？

辐射育种就是利用各种射线（如 X 射线、γ射线、β射线和中子等）照射农作物的种子、植株或某些器官和组织，促使它们产生各种变异，再从中选出我们所需要的可遗传的优良变异，经过培育而成为优良的新品种。

辐射育种的历史可以追溯到本世纪的 20 年代末。在 1927 年有人用 X 射线照射玉米，而使玉米发生重大的遗传性变异。1934 年有人用 X 射线培育成烟草新品种，并用于生产。在 50 年代以前，辐射育种还只是零星的探索。50 年代以后，随着各种射线技术的发展，射线源的种类和数量日益增多，辐射育种才比较迅速地开展起来，并且取得了不少成果。据报道，在 1970 年～1974

年短短的几年里，国际上采用辐射育种法培育成功的农作物就达 160 种。

我国是从 1956 年开始开展辐射育种的研究和应用的。据不完全统计，各

地直接和间接利用辐射育种法，先后培育出 100 多个农作物优良品种。浙江省培育成功的“原丰早”水稻，是一种早熟高产的优良稻种，比原本稻种早熟 45 天，增产 10%左右。此项成果获国家发明一等奖。山东省用辐射育种法培育的“鲁棉一号”棉花良种，株型紧凑，结铃集中，成铃率高，适应性广， 高产稳产，1980 年全国推广面积达 1000 多万亩，增产皮棉 25%，1981 年获国家科委科技发明一等奖。湖北省培育的“鄂麦六号”小麦良种，比原品种增产 20%，抗逆性好，适应性好，成为湖北省的当家小麦品种。辽宁省培育出“铁丰 18 号”大豆良种，广东省培育的粤油 22 号花生良种都具有产量高、

油分高等优点。黑龙江省的龙辐梁 1 号高粱良种也是辐射育种的成果，比原品种早熟 15 天，亩产超千斤，增产 20%左右。还有中国农科院用辐射育种法培育的甘油 5 号油菜良种，比原来的品种增产接近 20%。仅仅举出以上几个典型的例子，我们已经可以看出几十年来我国的辐射育种工作取得了多么显著的成果。

图 8.1 列举了一些适合辐射育种的农作物种类。为什么射线能够诱发农作物的遗传性变异？

前面已经说明育种的前提条件是农作物发生遗传性的变异。当具有很高能量和很强穿透力的射线照射生物体后，可以使细胞里的染色体断裂，使它的位置和结构发生改变，还可以使染色体的基因分子发生变化。众所周知， 农作物的各种特性都是由染色体的基因分子决定的。射线能使生物体的染色体基因发生变化，其结果就是导致生物体的特性发生变化。另一方面，射线

还可以引起与细胞质有关的遗传性发生变异，这叫做核外变异。以上就是辐射育种的基本原理。射线是怎样进行育种的？

辐射育种的第一步，和其它育种方法一样，必须选择好合适的原始材料， 这是辐射育种成败的关键。选择原始材料的基本原则是选择在当地比较好但还有一二个缺点的品种来作为辐射育种的原始材料。这样才能够比较快地取得比较好的结果。

下一步就是用射线照射选定的原始材料。这里所要做的主要工作是选择射线的种类和照射的剂量。

目前，辐射育种用的最为普遍的是 60Coγ射线源，也有利用核反应堆和其它中子源产生的中子照射农作物的。选定了用什么射线以后，怎样确定合适的照射剂量呢？不同的农作物所需要的照射剂量是不一样的。同样的农作物，不同的品种，不同的生长发育阶段，对射线的反应是不一样的，也就是所谓射线敏感性是不同的。这里一般的原则是，对射线敏感性高的农作物， 剂量要适当低一些；反之，对射线敏感性低的，剂量就要高一些。

表 8.1 是主要农作物γ射线照射的临界剂量和致死剂量。所谓致死剂量是指经过射线的照射而导致全部植株死亡的照射剂量值，临界剂量是指经过射线照射后，有 40%的植株死亡的照射剂量。目前，对辐射育种的最佳剂量尚未取得一致的看法，因此多采用临界剂量作为辐射育种的最适宜的剂量。

表 8.1 主要家作物对γ射线的临界剂量和致死剂量

辐射育种的第三步是变异后代的选育。射线照射所引起的物种变异中有许多是没有多大经济价值的，而只有很少部分是对人类有益的变异。因此我们必须运用各种技术和方法，精心地观察、比较和鉴定，把那些理想的变异一代一代地筛选出来，保留下来，并设法将它们强化和巩固下来。一般经过3～5 代就能够培育出一个优良的新品种。

辐射育种有哪些优点？

辐射育种的优点主要有以下一些：

1. 射线照射诱发的农作物变异率比较高，而且变异的范围比较大。一般射线照射诱发的变异率要比自然变异率高几百倍到上千倍，而且射线照射可以引起染色体基因的改变，产生的变异是多种多样的，能够产生自然界里从来没有过的农作物新类型。例如，有人利用射线照射蓖麻，获得了生长期从 270 天缩短到 120 天的特大变异类型。

2. 能改变农作物品种的单一不良特性，而保持其它优良特性基本不变。各个农作物品种，优点和缺点往往是连锁遗传的。用其它方法一般不容易将这样的连锁性状分割开。而射线照射可以使染色体发生断裂，这就有可能将紧靠在一起的两个连锁基因拆开，再通过染色体的交换和重新组合而获得新的品种类型。例如，前面提到的辐育 1 号，是以一种高产但晚熟的中籼

稻“二九矮 1 号”为原本材料，利用辐射育种法，使它只克服晚熟的缺点， 而保留了高产的优点，成为一种既高产又早熟的新稻种。

1. 辐射育种引起的变异稳定快，可以大大缩短育种过程。一般辐射育种得到的第二代中出现的优良变异株，第三代就可以基本上稳定下来，在较短的时间里就可以培育出所需要的新品种。而采用其它育种方法，要达到同样的效果，一般需要 5 年～10 年的时间。

2. 操作简便。只要把种子或植株放在射线源附近照射一会儿就可以了，是十分简便的。随后的育种过程就和其它育种方法基本上没有什么两样。

此外，辐射育种既可以单独使用，也可以和其它育种技术相结合，取长补短，可以取得更好的效果。

太空育种是辐射育种的新发展，利用太空中强烈的超高能宇宙射线和其它特殊太空物理学条件进行农作物种子诱变。1987 年 8 月 5 日，我国发射第九颗返回式科学试验卫星时，中国科学院遗传所的科学工作者首次将一批青椒、小麦、水稻等种子搭载升入太空，进行在强烈的宇宙射线和失重条件下的太空育种试验。此后，我国已经先后 8 次利用返回式卫星进行了 51 种植物

300 多个品种的太空育种试验。最近的一次搭载是 1996 年 10 月下旬升空的

我国第 17 颗返回式卫星，这一批在太空中绕地球 239 圈，经过强烈宇宙射线照射的种子将由中国科学院农业研究所的专家们进行育种，期望能获得新的

优良品种。

经过将近 10 年的努力，我国在太空育种方面已经取得了显著的成果。第一批搭载的“农垦 58”水稻纯系种子的后代，不仅穗长、粒大，有的一株上竟长出 3～4 个穗，获得了许多矮秆、高产、早熟的优良后代，亩产达到 1200 千克以上。更为可喜的是，能恢复籼稻不育系的粳稻突变体，有的亩产可高达 1500 千克，蛋白质含量增加 8%～20%，生长期平均缩短 10 天。经过太空育种的青椒，当其它未经太空育种的青椒枝叶脱落，一片萧条时，它们却仍然枝繁叶茂，生机勃勃，一个青椒重达 400 克。太空育种的西红柿，平均产量提高 20%以上，病虫害指数减轻 41.7%。

有人作过计算，虽然太空育种的一次性成本比较高，但是它的经济效益和社会效益仍然相当可观，是一项非常有意义的事业，很有发展前途。