专利名称：一种航天植物组织培养的方法
技术领域：
本发明属于植物组培育苗技术领域，尤其涉及一种应用航天技术对植物进行组织培养的方法，是一种利用航天空间环境使植物的遗传物质得到诱变，进而进行育苗的方法。
背景技术：
自空间探索以来，人们一直致力于研究空间特殊环境条件，如微重力、辐射等对各种生物系统的影响。这些研究的结果可增加人们对空间环境因素作用特点的进一步了解，从而解决一些生物学上的基本问题。更重要的是，这些结果将为保障征服宇宙空间的宇航人员的安全和健康提供必要的生物学基础和依据。
在生物学研究领域中，如何优化植物的品种，以提高移栽成活率、质量及缩短成熟期等问题始终是一个重要的研究方向。植物育苗的方法多种多样，现有技术中利用各种方法进行植物育苗可以带来改良品种，但往往存在移栽成活率低、培育周期长、植物苗优化效果不显著等问题。随着航天事业的发展，太空中的宇宙射线、宇宙磁场、微重力、超真空的特殊环境正日益受到人们的重视，尤其是这些太空特殊的环境可以引起植物遗传物质的变化，通过育种途径，从而产生了新的优良品种。这种航天技术与农业育种相结合的育种方法为农业高科技育种育苗开辟了一条新的途径。
发明内容
本发明人经过长期研究航天空间环境对生物遗传变异的影响，将空间环境的特殊条件应用于植物苗的优化培育中，收到了很好的效果。
本发明提供了一种航天植物组织培养的方法。通过航天空间环境对植物试管苗进行诱变，使植物胚性细胞发生生理突变，形成变异遗传。比现有的育苗方法具有更大的优势，如移栽成活率高、变异效果明显、育苗周期短等特点。
本发明的一种航天植物组织培养的方法是利用航天飞行器搭载植物试管苗进行航天飞行，通过航天的空间环境，使苗得到诱变，再将空间诱变处理后的植物苗经过常规地面选育、筛选而得到优化的植物苗。
本发明的方法中，导致植物诱变的主要因素为空间环境中的太空射线辐射、真空度及微重力等。搭载的试管苗固定在航天飞行器的舱内，最好靠近或贴近在舱壁上，使之更充分的接触太空中的宇宙射线。植物苗所处的舱内环境为通常意义上的太空环境。
本发明方法中的航天飞行器为目前应用于航天飞行、太空探索等的一切仪器设备及装置，包括卫星、飞船、航天飞机、航天火箭、高空气球等。航天飞行器的飞行高度一般在200公里-400公里范围内。
植物苗在航天飞行器舱内所处环境的温度一般为航天飞行器的舱内温度。在飞行器升空或落地的过程中温度会产生一些波动。植物苗在飞行器内空间诱变的时间即为飞行器的航行时间，发明人经常实施为7-10天。
本发明具体的方法是A.天搭载前的植物组织培养步骤先取植物的叶片、茎尖、茎段等组织结构，并采用常规无菌操作方法将上述植物组织结构接种在MS培养基上，所述的MS培养基中还附加了6-BA(6-苄基嘌呤)和NAA(萘乙酸)的激素，接种培养20-40天，直至所述植物的叶片、茎尖、茎段等组织形成愈伤组织；B.航天搭载植物组织结构的步骤经过前一步的组培过程后，取出包含有愈伤组织的植物组织结构，并将其转至无菌的带有MS培养基的试管中并密封，再将所述试管放置在透光、通风的布袋内，将所述布袋放置在航天飞行器中，搭载时间为7-10天；C.航天搭载后的植物组织培养步骤a)当航天飞行器返回地面后，立即将植物组织从舱中取出，并将所述的植物组织进行组织培养把植物组织接种在培养基为MS基本培养基并附加6-BA(6-苄基嘌呤)和NAA(萘乙酸)的激素中，培养在光照强度为1000-1500lux的条件下，培养时间为20-25天，培养温度为22-25℃；b)经过上述培养过程后，在试管中的植物愈伤组织发育成试管苗，在超净工作台上将试管苗沿紧贴愈伤组织基部处剪下，将幼苗转至生根培养基中进行生根培养，培养光照强度为1000-1500lux、培养温度为20-22℃、培养周期为10-20天；c)经过生根培养后，将这些带有根的完整的试管苗从试管中取出，洗净沾在根上的琼脂，移栽到混合比例为1∶1∶1的珍珠岩、草炭土和蛭石的混合基质中，并将所述基质放入高压锅中进行灭菌操作，灭菌时间为40分钟，再将试管苗移栽到基质中后，立即盖上塑料布保持温度，在地温15-20℃条件下保持2天，2天后除去覆盖的塑料布，放在阳光不直晒的地方继续保持7-20天，地温15-20℃，直至移栽试管苗在基质中长出新根。
在具体的应用中，在所述航天搭载前的植物组织培养步骤和航天搭载后的植物组织培养步骤中，所述的MS基本培养基为下列物质的混合物KNO3硝酸钾1650-1900mg/LNH4NO3硝酸铵1500-1650mg/LMgSO4硫酸镁 340-370mg/L KH2PO4磷酸二氢钾150-170mg/LCaCl2氯化钙 400-440mg/L MnSO4硫酸锰 20.1-22.3mg/LZnSO4硫酸锌 8.0-8.6mg/L CuSO4硫酸铜 0.020-0.025mg/LH3BO3硼酸6.0-6.2mg/L Na2MoO4钼酸钠 0.20-0.25mg/LKI碘化钾 0.80-0.83mg/LCoCl2氯化钴 0.020-0.025mg/LFeSO4硫酸铁 28-30mg/LNa2-EDTA乙二胺四乙酸二钠37-40mg/L；在所述航天搭载前的植物组织培养步骤中取6-BA(6-苄基嘌呤)0.1-3mg/L，取NAA(萘乙酸)0.05-0.10mg/L；在所述航天搭载后的植物组织培养步骤中取6-BA(6-苄基嘌呤)1-5mg/L，取NAA(萘乙酸)0.1-0.5mg/L。
在具体的应用中，在所述航天搭载前的植物组织培养步骤里，MS培养基中除附加了6-BA(6-苄基嘌呤)和NAA(萘乙酸)两种激素外，还包括KT(激动素)0.1-2.0mg/L和IBA(吲哚丁酸)0.5-1.0mg/L两种激素。
在具体的应用中，在所述的航天搭载植物组织的步骤中取出包含有愈伤组织的植物组织，并将其转至经高温高压灭菌的带培养基的试管中，所述高温高压试管要求温度为121℃，压强为1.2个大气压。
在具体的应用中，在所述航天搭载植物组织的步骤中，航天飞行器的飞行高度为近地点200公里，远地点400公里。
在具体的应用中，在所述航天搭载后的植物组织培养步骤中，当航天飞行器返回地面后，立即将植物组织结构从舱中取出，并将所述的植物组织进行组织培养，植物出舱到进行组培的时间间隔应小于24个小时；且进行组培的时间周期优选为20天。
在具体的应用中，在所述航天搭载后的植物组织培养步骤中，再将(苗部)转至生根培养基中进行生根培养的过程里，所述的生根培养基为1/2MS基本培养基(即MS基本培养基所有的组分为1/2)，并附加NAA(萘乙酸)0.1-0.5mg/L或附加IBA(吲哚丁酸)0.1-0.5mg/L。
在具体的应用中，在所述航天搭载后的植物组织培养步骤中，经过生根培养过程后，将带有根的试管苗从试管中取出，洗净沾在根上的琼脂，并移栽在混合基质中，所述的混合基质还可以是混合比例为1∶2的珍珠岩和草炭土的混合基质或混合比例为2∶1的草炭土和蛭石的混合基质。
在具体的应用中，所述的航天飞行器包括卫星、飞船、航天飞机、航天火箭、高空气球。
本发明的航天空间环境诱变育苗方法，具有有益变异多、变幅大、稳定性强等优点。因此不仅可以获得优良性状的植物苗，还能提供在自然环境下难以发现的、特异变异类型，提供新种质资源。比现有的育苗方法具有更大的优势。
具体实施例方式实施例1航天组织培养玫瑰把玫瑰的幼嫩茎段剪下，用70％的酒精消毒30秒后放置0.1％生汞溶液中消毒15分钟，再用无菌水冲洗3次，用滤纸吸干水分后，接种在MS基本培养基附加6-BA(6-苄基嘌呤)5mg/L并附加NAA(萘乙酸)0.01mg/L的培养基上，20天后长出愈伤组织，将愈伤组织放在试管中，于2002年12月30日-2003年1月4日，在神舟4号飞船上进行搭载，太空飞行时间为7天，绕地球108圈后返回地面，在返回地面24小时之内接种在MS基本培养基附加6-BA2mg/L附加NAA(萘乙酸)0.1mg/L的培养基上，在光照强度为1000-1500lux的条件下，培养温度为20-22℃，经过20天的培养，将小苗在无菌条件下齐根剪下，转入1/2MS基本培养基附加NAA(萘乙酸)0.2mg/L的生根培养基中，15天后，玫瑰试管苗长出幼嫩的三条根，将生根试管苗用镊子轻轻的从试管中取出，洗净沾在根部的琼脂，移栽在珍珠岩∶草炭土∶蛭石为1∶1∶1的混合基质中，盖上塑料布保持温度，在地温18℃条件下保持2天，2天后除去覆盖的塑料布，放在阳光不直晒的地方继续保持地温18℃，经过7天，移栽试管苗在基质中长出白色新根4条，移栽成活率一般在88％左右。
实施例2航天组织培养葡萄取葡萄幼嫩茎段，参照实例消毒办法将幼嫩茎段消毒干净，滤纸吸干水分，在超净工作台上将灭菌后的幼嫩茎段剪成0.1-1.2厘米长小段，按原生长方向扦插在MS基本培养基附加6-BA 2-6mg/L，附加NAA0.1-2.0mg/L，附加IBA 0.1-1.0mg/L的培养基上。30天左右从茎段侧芽处长出丛生状小苗，同时茎段基部长成圆柱形愈伤组织，将带有丛生状小苗的愈伤组织放在灭过菌的试管中，在神舟3号飞船上进行搭载，太空飞行时间为7天，绕地球108圈后返回地面，返回地面20小时之内及时接种在MS基本培养基附加6-BA 2mg/L，附加NAA0.5mg/L，在光照1500lux，培养温度为25±2℃的条件下经过20-30天的培养，获得了大量的试管丛生小苗，将这些小苗连同愈伤组织，在超净工作台上纵切成几块，再分别接种在上述培养基中扩大繁殖，这些太空搭载的葡萄试管苗数量会在1-3个月内得到迅速增加，等这些试管苗长到1.5-3.0厘米高时，将试管苗齐根剪下，转移到1/2MS基本培养基附加NAA(萘乙酸)0.5mg/L的生根培养基中，经过20-25℃的条件下，1000-1500lux光照培养7-15天，试管苗基部就会长出1-2条白色小根，将这些带有小根的完整试管苗移栽到蛭石与营养土为1∶1的基质中，并覆盖塑料布2天，移栽地温为20℃左右，2天后去除塑料布，太空葡萄移栽成活率在70％左右。
实施例3航天组织培养兰花将石斛兰的茎尖用上述无菌操作方法接种在MS基本培养基附加KT(激动素)1mg/L，附加NAA0.2mg/L，附加2，4-D(2，4，二氯苯氧乙酸)0.1mg/L的培养基上，经过40天的25±2℃的条件的培养，接种的茎尖就会形成兰花原球茎，将这些原球茎切成0.5mm3的小块，接种在试管中，搭载在神舟3号飞船上，太空飞行7天，绕地球108圈后返回地面，在返回地面20小时之内及时接种，在MS基本培养基附加6BA1mg/L，附加NAA0.2mg/L，附加2，4-D(2，4，二氯苯氧乙酸)0.1mg/L的培养基上培养30天后，原球茎继续增殖，同时部分原球茎分化成带有根的小苗，当小苗长至2厘米高，并有三片叶子以上时，就可以移栽了，移栽基质为草炭土∶蛭石为2∶1的混合基质。移栽后覆盖塑料布并保持湿度70％-80％，5天后去除塑料布，培养温度为25±2℃，航天兰花试管苗移栽成活率为70％-75％。
权利要求
1，一种航天植物组织培养的方法，所述方法先将植物组织进行组培，再将处理过的植物组织经过地面选育、筛选后，培育出优化的植物新品种，其特征在于本方法中还包括一个应用航天技术对植物组织进行组培的过程利用航天飞行器搭载植物组织进行航天飞行，利用航天的空间环境，使植物的遗传物质得到诱变。
2，根据权利要求1所述的一种航天植物组织培养的方法，其特征在于所述方法中包括，A.航天搭载前的植物组织培养步骤先取植物的叶片、茎尖、茎段等组织结构，并采用常规无菌操作方法将上述植物组织结构接种在MS培养基上，所述的MS培养基中还附加了6-苄基嘌呤和萘乙酸的激素，接种培养20-40天，直至所述植物的叶片、茎尖、茎段等组织形成愈伤组织；B.航天搭载植物组织结构的步骤经过前一步的组培过程后，取出包含有愈伤组织的植物组织结构，并将其转至无菌的带有MS培养基的试管中并密封，再将所述试管放置在透光、通风的布袋内，将所述布袋放置在航天飞行器中，搭载时间为7-10天；C.航天搭载后的植物组织培养步骤a.当航天飞行器返回地面后，立即将植物组织从舱中取出，并将所述的植物组织进行组织培养把植物组织接种在培养基为MS基本培养基并附加6-苄基嘌呤和萘乙酸的激素中，培养在光照强度为1000-1500lux的条件下，培养时间为20-25天，培养温度为22-25℃；b.经过上述培养过程后，在试管中的植物愈伤组织发育成试管苗，在超净工作台上将试管苗沿紧贴愈伤组织基部处剪下，将幼苗转至生根培养基中进行生根培养，培养光照强度为1000-1500lux、培养温度为20-22℃、培养周期为10-20天；c.经过生根培养后，将这些带有根的完整的试管苗从试管中取出，洗净沾在根上的琼脂，移栽到混合比例为1∶1∶1的珍珠岩、草炭土和蛭石的混合基质中，并将所述基质放入高压锅中进行灭菌操作，灭菌时间为40分钟，再将试管苗移栽到基质中后，立即盖上塑料布保持温度，在地温15-20℃条件下保持2天，2天后除去覆盖的塑料布，放在阳光不直晒的地方继续保持7-20天，地温15-20℃，直至移栽试管苗在基质中长出新根。
3，根据权利要求2所述的一种航天植物组织培养的方法，其特征在于在所述航天搭载前的植物组织培养步骤和航天搭载后的植物组织培养步骤中，所述的MS基本培养基为下列物质的混合物KNO3硝酸钾 1650-1900mg/L NH4NO3硝酸铵1500-1650mg/LMgSO4硫酸镁 340-370mg/L KH2PO4磷酸二氢钾150-170mg/LCaCl2氯化钙 400-440mg/L MnSO4硫酸锰 20.1-22.3mg/LZnSO4硫酸锌 8.0-8.6mg/L CuSO4硫酸铜 0.020-0.025mg/LH3BO3硼酸6.0-6.2mg/L Na2MoO4钼酸钠 0.20-0.25mg/LKI碘化钾 0.80-0.83mg/L CoCl2氯化钴 0.020-0.025mg/LFeSO4硫酸铁 28-30mg/L Na2-EDTA乙二胺四乙酸二钠37-40mg/L；在所述航天搭载前的植物组织培养步骤中取6-苄基嘌呤0.1-3mg/L，取萘乙酸0.05-0.10mg/L；在所述航天搭载后的植物组织培养步骤中取6-苄基嘌呤1-5mg/L，取萘乙酸0.1-0.5mg/L。
4，根据权利要求3所述的一种航天组培植物的方法，其特征在于在所述航天搭载前的植物组织培养步骤里，MS培养基中除附加了6-苄基嘌呤和萘乙酸两种激素外，还包括激动素0.1-2.0mg/L和吲哚丁酸0.5-1.0mg/L两种激素。
5，根据权利要求2所述的一种航天植物组织培养的方法，其特征在于在所述的航天搭载植物组织的步骤中取出包含有愈伤组织的植物组织，并将其转至经高温高压灭菌的带培养基的试管中，所述高温高压试管要求温度为121℃，压强为1.2个大气压。
6，根据权利要求2所述的一种航天植物组织培养的方法，其特征在于在所述航天搭载植物组织的步骤中，航天飞行器的飞行高度为近地点200公里，远地点400公里。
7，根据权利要求2所述的一种航天植物组织培养的方法，其特征在于在所述航天搭载后的植物组织培养步骤中，当航天飞行器返回地面后，立即将植物组织结构从舱中取出，并将所述的植物组织进行组织培养，植物出舱到进行组培的时间间隔小于24个小时；且进行组培的时间周期为20天。
8，根据权利要求2所述的一种航天植物组织培养的方法，其特征在于在所述航天搭载后的植物组织培养步骤中，再将苗部转至生根培养基中进行生根培养，所述的生根培养基为1/2 MS基本培养基，并附加萘乙酸0.1-0.5mg/L或附加吲哚丁酸0.1-0.5mg/L。
9，根据权利要求2所述的一种航天植物组织培养的方法，其特征在于在所述航天搭载后的植物组织培养步骤中，经过生根培养过程后，将带有根的试管苗从试管中取出，洗净沾在根上的琼脂，并移栽在混合基质中；所述的混合基质为混合比例为1∶2的珍珠岩和草炭土的混合基质、或混合比例为2∶1的草炭土和蛭石的混合基质。
10，根据权利要求1所述的一种航天植物组织培养的方法，其特征在于所述的航天飞行器包括卫星、飞船、航天飞机、航天火箭、高空气球。
全文摘要
本发明为一种航天植物组织培养的方法。本发明属于植物组培育苗技术领域，尤其涉及一种应用航天技术对植物进行组织培养的方法，是一种利用航天空间环境使植物的遗传物质得到诱变，进而进行育苗的方法。本方法中包括一个应用航天技术对植物组织进行组培的过程，即利用航天飞行器搭载植物组织进行航天飞行，利用航天的空间环境，使植物的遗传物质得到诱变的方法。本发明具有有益变异多、变幅大、稳定性强等优点。因此不仅可以获得优良性状的植物苗，还能提供在自然环境下难以发现的、特异变异类型，提供新种质资源。比现有的育苗方法具有更大的优势。
文档编号A01H3/00GK1613299SQ20031011705
公开日2005年5月11日 申请日期2003年12月5日 优先权日2003年12月5日
发明者刘敏, 薛淮, 潘毅, 张纯花, 郝连元, 鹿金颖 申请人:中国科学院遗传与发育生物学研究所