糧食安全一直是國家及各級政府工作的重中之重。作為重要糧食作物之一的水稻，其新品種選育對確保糧食安全及社會穩定具有重要意義。

航天生物育種是我國航天高科技與現代生物技術、現代農業育種技術相結合的新技術，是作物遺傳改良和種質創新的新途徑。以水稻特異種質創新為核心，融合現代生物學技術，構建安全、高效、鏈條式、工程化的水稻物育種技術體系是培育突破性水稻品種的關鍵環節。

國家植物航天育種工程技術研究中心副主任、博士生導師郭濤，長期從事水稻生物誘變特異種質資源創新、高通量基因分型技術研究。他在第二屆“中國高科技產業化高峰會議”上提到，空間誘變育種在我國應用了30 多年， 取得了顯著的成績，充分體現了這一技術的先進性和可靠性。

空間環境導致突變的主要因素

空間環境具有高真空、微重力、弱磁場及復雜輻射等特點，能引起生物基因突變。已有研究表明，空間輻射主要來源有銀河宇宙射線、太陽高能粒子、被地球磁場俘獲的太陽風粒子帶。不同輻射源的高能量的質子、氦核以及高能重離子能夠穿入航天器艙內，衍生出大量的二級輻射，這種二級輻射以高能離子為主。因此，長期持續暴露于空間環境中的低劑量率、低劑量、不同輻射源的高能重離子輻照可能產生相當可觀的誘變效應。

高能離子為何能影響到生物學的呢?郭濤解釋道：“高能重離子轟擊能夠引發致密的電離事件，誘發DNA 產生緊密排列的成簇性損傷和DNA 雙鏈斷裂，而這種雙鏈的斷裂對于生物體來說是非常難以修復的，因此，水稻空間誘變全基因組的變異頻譜和分子特征與高能重離子轟擊誘發的損傷高度相關。”

高通量基因分型技術體系降低分析成本

郭濤和研究組利用高通量測序，從全基因組水平解析空間重離子輻射導致基因組SNP 變異不均勻分布及高頻突變的分子機制，并且利用地面低劑量重離子輻射，明確重離子對水稻的生物誘變效應，實現了水稻空間誘變的地面模擬，為水稻特異種質創新提供理論和實踐指導。

高通量的基因分型的技術體系是非常有益的。如應用于跟蹤變異，開發了基于混合式分析的目的基因等位突變的精確篩選技術，這一技術通過在實驗室里誘變群體的混合種質降低了誘變群體的基因型分析成本。除此之外，將基因進行聚合和應用，實現了后代群體的一個位點的精確跟蹤和應用。

資料顯示，高分辨率熔解曲線(HRM)是近年發展的一種DNA 多態性檢測技術，分辨率高，快速簡便，實現了完全的閉管操作。利用HRM 技術，將基因組DNA 快速提取技術、PCR-HRM 技術整合創新，構建一個標準化、高通量的水稻HRM 技術體系。基于上述體系， 針對重要性狀基因的功能基序或基因內序列多態位點，發展基于HRM 技術的功能型分子標記， 進一步利用上述標記鑒定水稻親本材料或誘變群體，在分離群體中高效鑒別突變體或創制多基因聚合優良株系應用于后續育種。

該體系實現了大群體、高通量、標準化的基因型檢測和對重要目標性狀基因型的直接選擇， 是水稻航天生物育種關鍵技術重要突破性進展。

近年來，在作物分子標記輔助育種應用中， 已開發出多個基于HRM 體系的多種類型的分子標記，并成功應用于育種實踐。將TILLING 與HRM 檢測技術結合的高通量基因分型技術與育種技術有效結合，創建了高效的航天生物育種技術體系，有效促進了航天育種進步。

水稻航天誘變種質(基因) 創新

郭濤介紹，航天誘變的生物學效應與傳統的理化誘變明顯的不同，最顯著的特征就是生理損傷輕，符合育種需求的變異頻率明顯提高。

資料顯示，目前，科研人員已將航天誘變、重離子誘變、高通量基因分型與傳統育種技術集成創新，構建了“高通量+ 精確+ 工程化”水稻生物育種高效技術體系，提出以“多代混系連續選擇與定向跟蹤篩選技術”為核心的水稻高效育種技術體系，該技術針對空間誘變生理損傷輕、變異世代多的特點，將傳統選擇與現代生物學技術有機結合，在多個世代對誘變群體進行鑒定和定向篩選，鑒定出的突變種質可直接培育成新品種或作為新種質資源間接培育新品種，實現了同時可以從3 條途徑育成新品種，顯著提高水稻特異種質選擇效率和育種效果。

傳統育種通過表型間接對突變基因型進行選擇，存在育種周期長、育種效率低、容易漏選等缺點，而航天誘變育種的最大優勢在于它可以創造出地面其他育種方法難以獲得的罕見種質材料， 誘導新的基因資源，是農作物遺傳改良的有效技術途徑。結合現代生物技術，直接對突變群體個體基因型進行選擇是克服傳統育種缺點的有效途徑。

水稻航天育種關鍵技術的研究

郭濤總結指出，未來將會從結合雙單倍體育種，構建從體細胞變異到性細胞變異的操作技術， 基于多光譜特征的表型高通量鑒定技術構建，基于混合池、高深度測序、基因分型策略的誘變群體分子鑒定技術這三個方面來開展水稻航天誘變關鍵技術的研究。

“我們可以看到，航天生物育種關鍵技術的創新和聚合優良多基因新種質的創建，直接促進新品種優質、抗病、豐產綜合性狀取得全面突破， 推動航天育種新品種的培育進程。”

通過技術集成創新，實現了水稻生物育種“特異種質源頭創新→重要性狀定向篩選→目的基因高效鑒定”全鏈條銜接，顯著提升種質創新效率和重要親本育種效果。

他認為，隨著航天育種理論技術的深入研究和實踐的廣泛開展，生物技術、分子標記技術和方法的不斷發展，以及植物遺傳圖譜的逐漸飽和和分子標記輔助選擇應用于航天育種的條件日趨成熟，這一具有強大生命力的新育種方法一定有著廣闊的發展前景。