第一章 综 述
1.1空间诱变育种技术
随着宇宙空间科学技术的快速发展，人们对宇宙空间的认识也在不断的深化（董亚琳 2010）。最近几十年来，各种空间飞行器（卫星、宇宙飞船、空间站、航天飞机）的不断发展，空间生命科学也取得了飞速的发展。人们一直致力于研究空间特殊的环境因素对各种生物系统的影响，因为这些研究的成果不仅可以使人类对空间环境因素作用特点的了解，从而解决目前生命科学当中的一些基本问题，更重要的是这些研究的成果可以为宇航员的安全和健康提供必要的生物学基础和依据（张素娜 2009）。空间诱变育种（Space Fight Mutation Breeding）是指利用返回式卫星、宇宙飞船、航天飞机等返回式航天器或者高空气球，搭载农作物的种子、组织、器官、生命个体或者待诱变材料到距地球20-400km的太空中，利用空间环境中的强辐射、重粒子、微重力、高真空、弱地磁、高温（或低温）等太空特殊条件处理，使作物的染色体发生畸变，DNA发生缺失重组等使作物的遗传发生变异，然后返回地面，经过常规育种，利用有益的突变株系，培育新种质，新品种的作物育种新技术。空间诱变育种综合了航天技术、生物技术和育种技术，是近年来发展起来的跨学科的高新技术（戚薇娜 2007）。
1.2 空间诱变育种进展
1.2.1 国外空间诱变育种的现状
早在上个世纪的50年代，科学家们就开始对经卫星搭载后的生物材料进行研究，观察空间环境对植物的生长、发育、衰老及遗传特性的影响。目前，世界上只有中国、俄罗斯、美国成功的进行了卫星、宇宙飞船或者航天飞机搭载的作物空间诱变育种。在20世纪60年代初期，前苏联搭载了模型植物拟南芥，研究和报道了空间条件对其种子的影响（Khvostova VV 1963）。在此之后，前苏联观察了植物在太空条件下的生长情况并测定了一些生理生化指标，对空间条件对植物的影响进行了初步的研究（赵林殊和刘录祥1998）。俄罗斯的宇航员在“礼炮号”和“和平号”空间站种植过小麦（Triticum aestivumL.）（C.F.Johnson 1996）、洋葱（Allium cepa L.）等农作物，发现了这些农作物跟地面相比具有生长快，成熟期早的特点（Nechitailo and Mashinsky 1993）。美国将松树（Pinusspp.）、燕麦（Avena sativa L.）、绿豆（Vigna rabiata Wilczek）等在空间实验室和航天飞机上进行了种植，结果发现了这些植物在空间失重条件下生长正常，而且这些植物的蛋白质含量也有了明显的提高（Robert Ferl 2002）。1995年，美国国家航空航天局在北卡罗莱纳州州立大学建立了引力生物学中心，这个中心的主要研究的内容是观察植物对地球引力的感受和反应，目的是寻找到更加适合在太空环境中种植的植物（刘录祥2001）。美国将小麦进行太空搭载，1996年布鲁斯•巴格选育出了太空矮杆小麦，这种小麦株高只有40cm，生育期比正常小麦也大大缩短，只有60d，产量却是普通小麦的3倍（温贤芳 2001）。近年来，美日俄等国投入大量人力，物力，资金进行空间植物的研究，培育了数百种太空植物（Ferl R et al 2002；李常银 2003）。
第二章 卫星搭载小麦 SP7 代突变株系农艺性状的研究
诱变育种是指利用物理的诱变因素（如 x 射线、γ射线、β射线、激光、电子束、离子注入等具有辐射能的射线）和化学诱变剂（如烷化剂、叠氮化物、碱基类似物等）诱发小麦遗传变异，在较短的时间内获得大量的突变体，然后根据育种的目标，从中选育出优良的新品种应用到生产或科研中（温明星等 2011）。空间环境复杂，高能宇宙射线、微重力、高真空、弱地磁等因素能使农作物种子产生遗传性变异。我国从 20 世纪80 年代后期就开展了农作物的航天诱变育种的工作，从 1987 年以来，我国先后利用返回式搭载卫星和神舟号飞船以及高空科学试验气球搭载不同作物种子，获得了一大批优秀种质资源，培育 19 个新品种，50 多个新品系（温贤芳等 2004）。本研究在前人研究的基础上，对挑选出来的突变株系在 SP7 代进行农艺性状观察和分析其遗传稳定性，以期为卫星搭载小麦诱变育种提供一定的理论基础。
2.1 材料与方法
2.1.1 试验材料
选用陕 253 和西农 1043 两个纯系小麦品种。陕 253 品种半冬性、耐寒性较好、分蘖力强、成穗率高，株型紧凑，适宜在关中灌区及黄淮麦区南部中上等地力地区大面积种植。西农 1043 品种冬性，中晚熟，具有高产节水抗逆等特点，适宜于陕西渭北和黄土高原旱地类似地区种植。于 2003 年 11 月经我国第 18 号返回式卫星搭载。在太空中绕行 18d，卫星轨道高度距地面 200～350km，舱内温度为 10℃～30℃，真空度为 10-9～10-5Pa，辐照强度为 180～186mR，微重力为 10-3～10-5g。返回后地面后常规种植，根据大田农艺性状变异逐代筛选突变株系，同时筛选稳定遗传的突变株系。
第三章 卫星搭载小麦SP7代HMW-GS麦谷......................................25-29
3.1 材料与方法...................................... 25-26
3.1.1 试验材料...................................... 25
3.1.2 测定分析...................................... 25-26
3.2 结果与分析...................................... 26-27
3.3 讨论 ......................................27-29
第四章突变株系光合及灌浆特性的研究 ......................................29-35
4.1 材料和方法 ......................................29-30
4.1.1 试验材料...................................... 29
4.1.2 测定方法...................................... 29
4.1.3 数据统计...................................... 29-30
4.2 结果与分析...................................... 30-33
4.2.1 SP7 代突变株系籽粒灌浆曲线拟合...................................... 30-31
4.2.2 SP7 代籽粒灌浆特征参数分析...................................... 31-32
4.2.3 SP7 代旗叶叶绿素含量变化...................................... 32
4.2.4 SP7 代光合速率的变化 ......................................32-33
4.3 讨论 ......................................33-35
第五章SP7 代突变株系蛋白和淀粉含量的研究...................................... 35-39
5.1 材料和方法 ......................................35-36
5.1.1 试验材料 ......................................35
5.1.2 测定方法....................................... 35-36
5.2 结果与分析 ......................................36-37
5.2.1 SP7 代各蛋白组分含量的变化......................................36-37
5.2.2 SP7 代淀粉含量的变化...................................... 37
5.3 讨论...................................... 37-39
结论
1. 通过田间观察，入选的陕253和西农1043 SP7代突变株系的穗长、单穗重、穗粒数、穗粒重和千粒重等产量性状具有不同程度的变异，具体表现为：陕253 SP7-253-27株高、千粒重、产量增加，差异极显著（P<0.01），分别比对照增加了16.03%，16.32%，27.53%；SP7-253-1株高、穗长降低，差异极显著（P<0.01），分别比对照降低了17.52%，12.85%。西农1043 SP7-1043-57株高比对照增高9.67%；差异极显著（P<0.01），千粒重、产量分别比对照降低了20.17%，17.34%，差异极显著（P<0.01），；SP7-1043-37穗粒重、千粒重、产量分别比对照增加了7.19%，16.35%，9.42%，差异极显著（P<0.01）。入选株系在SP7代农艺性状稳定遗传。
2．卫星搭载处理后，两个小麦品种的麦谷蛋白亚基变异类型丰富，高分子量麦谷蛋白亚基（HMW-GS）变异主要发生在 GluB1 位点和 GluD1 位点上，陕 253 突变株系包括了 4 种突变类型，分别是 SP7-253-1（Glu1A1，Glu1B7+9，Glu1D 2+12），SP7-253-13（Glu1A1，Glu1B14+15，Glu1D 2+12），SP7-253-27（Glu1A1，Glu1B14+15，Glu1D 5+10），SP7-253-38（Glu1A1，Glu1B7，Glu1D 5+10）；西农 1043 突变株系仅存在一种新的组合类型（Glu1A 1，Glu1B7+8，Glu1D 2+12）。根据小麦品质评分标准，对高分子量麦谷蛋白亚基 Glu-l 位点的品质得分进行了计算，卫星搭载处理后两个小麦品种的品质评分均有所下降。
3．卫星搭载处理后SP7-253-27、SP7-253-38、SP7-1043-37、SP7-1043-19突变株系的旗叶叶绿素含量稍高于对照，所有突变株系的光合速率都比对照高；采用Logistic方程对突变株系的籽粒灌浆进程进行了拟合结果表明：卫星搭载处理后，突变株系理论灌浆时间正向变异较多，所有突变株系的灌浆持续时间比相应的对照长，但灌浆速率存在差异。其中SP7-253-27和SP7-1043-37表现出了灌浆速率高、灌浆持续时间长的特性。
4． 卫星搭载处理后，两个小麦品种突变株系的贮藏蛋白含量出现了不同程度的变异，Gli/Glu 比值较低，小麦的加工品质就比较的好；Gli/Glu 比值显示，除了 SP7-253-27，其余陕 253 突变株系的 Gli/Glu 比值都比对照大；西农 1043 突变株系的 Gli/Glu 比值都比对照要大；这与小麦品质得分的变异趋势相一致。西农 1043 淀粉的含量大于陕 253，两个小麦品种突变株系的淀粉含量也出现了不同程度的变异。