辐照可用于生产具有更高品质的植物品种，例如更高的产量、更短的栽培时间或对气候变化、疾病和其他压力源的抵抗力(信息图：Adriana Vargas/IAEA)
植物突变育种，又称变异育种，是利用物理辐射或化学手段，诱导植物自发遗传变异，开发出新的农作物品种的方法。“突变”是大多数遗传变异的来源和进化的动力。这是一个自然过程，在人、植物、动物和所有生物中自发而缓慢地发生——经过几代人。它涉及改变它们的DNA，导致生物体内发生变化。可以通过化学或物理方法(例如使用辐射(或“辐照”))加速突变，以实现对农业等有用的特性。
辐照可用于生产具有更高品质的植物品种，例如更高的产量、更短的栽培时间、对疾病、害虫和气候变化影响(如极端天气事件)的抵抗力。这些植物品种的种植和推广有助于使全球粮食生产更加稳定，并满足农民的需求，特别是在最易受气候变化影响的发展中国家和地区。
使用辐射培育的植物品种与通过常规或标记辅助育种开发的品种同样安全，因为辐射不会传递给培育品种的后代。因此，植物可以繁殖多代以达到最佳效果，而不会受到损害或产生放射性。在过去的 100 年里，世界各地种植了许多通过突变育种开发的作物品种。看看保加利亚、中国、古巴、乌干达和其他国家的一些例子。
如何利用辐射使植物进化得更快?
突变育种使用在植物育种过程开始时诱导的遗传变异来快速培育大量改良作物，这些作物可以进一步培育，直到达到预期的结果。这赋予了突变育种方法许多比较优势：它具有成本效益、快速、经过验证和稳健，以及可转移、普遍适用、无害和环保。此外，它经受住了时间的考验——几十年来，这种自发的遗传变异已经在实验室中通过辐射诱导出来。
暴露于辐射会导致 DNA 发生变化，将突变率提高 1000 到 100 万倍，从而能够更有效地培育植物并在更短的时间内产生更多的作物变异。例如，2021 年，孟加拉仅用了 5 年就开发出一种农艺性能和纤维质量都得到改善的棉花新品种。
突变育种科学有两个维度：突变诱导 和突变选择。
突变诱导
马来西亚的伽马温室，继续用于植物辐照(照片：美国驻维也纳国际组织代表团)
突变诱导是通过生物、化学或物理因素加速自然自发突变以改善植物所需或目标特性的过程。这些包括但不限于病毒和细菌(生物)、抗生素和烷化剂(化学)或暴露于电离辐射(物理)。植物种子最常被辐照以诱导突变。然而，对于某些实验，整株植物、幼苗或仅植物的一部分——花粉、孢子或植物的茎——都受到辐照。如果产生的突变没有被细胞自身的修复机制消除，就会产生可遗传的突变。具有最有希望的突变的植物会被进一步培育，直到研究人员得到一个可以满足农民需求的显着改进的变种。
通常，科学家使用钴 60 放射源或 X 射线机等特定技术进行植物辐照，因为伽马射线在过去几十年中一直是最常用的诱变剂。其他类型的辐射，如α 和 β 粒子、快中子或紫外线也可用于植物突变诱导。离子束辐射和宇宙辐射也越来越多地用于此目的，以探索这些方法与其他类型辐射相比的优势。
突变选择
印度尼西亚国家核能机构 (BATAN) 的研究人员使用辐照来诱导作物的基因改变，然后选择具有新的有用性状的植物(照片：Yustantiana / BATAN)
突变体选择是识别通过辐照诱导突变得到改良的植物的过程。突变发生的频率如此之低，以至于必须对大量种子进行辐照、生长和培育，直至产生理想的性状。这个过程所花费的时间各不相同，因为突变种群的开发和分析通常具有数千个个体植物，是一项艰巨的任务并且取决于作物。
识别和选择具有改良性状的植物新品种的过程包括两个主要步骤：筛选和验证。筛选和验证新作物品种的可见和易于评分的特征，例如早花或矮身高，是简单的。其他不易识别的特征需要开发和应用专门针对目标特征的筛查程序，例如水培或疾病筛查中的耐盐性。
在空间中诱导突变：空间如何影响植物生物学?
原子能机构和粮农组织利用辐射诱发的遗传多样性探索气候变化下作物改良的前端技术，包括空间诱变(信息图：Adriana Vargas/IAEA)
太空可以被认为是最恶劣的生长环境，因为太空中的种子、植物和植物材料会受到宇宙辐射和微重力的影响。另一方面，宇宙射线可以帮助产生突变，使植物品种更能适应地球上的条件，由于气候变化和其他压力因素，地球上的条件正在恶化。
空间诱变，是一种利用宇宙射线在外太空诱导自发突变的方法。科学家们通常将植物种子送入太空，然后在它们返回地球后进行生长、筛选和培育。与传统的突变育种一样，科学家们试图找出具有最有用性状的植物，以及那些可能比更传统的作物品种更具优势的植物。小麦、大米和棉花已经进入太空。
此外，宇宙射线和微重力影响植物生物学本身。天体植物学研究出于不同的目的正在探索这一点——以确定在太空中种植植物的最佳方式。
国际原子能机构的作用是什么?
国际原子能机构与粮农组织合作，协助各国开发和应用突变育种技术，以加快其品种开发的育种进程。
位于奥地利塞伯斯多夫的原子能机构植物育种实验室是全球核诱变中心，各国可以将其种子、植物插条或幼苗送到实验室接受辐照和专家指导，以改进作物育种方法。
原子能机构的突变品种数据库记录了各国自愿提供的新品种。目前，它涵盖了来自 70 个国家的约 3400 个品种，涵盖了 200 多种不同类型的农作物。
粮农组织/国际原子能机构粮食和农业核技术联合中心利用辐射诱发的遗传多样性(包括空间诱变)探索气候变化下作物改良的前端技术。
