空间环境十分复杂，具有强辐射、高真空、微重力、不同的磁场等特点，对进入其中的生物有诱变作用。我国多次搭载干种子培育出了若干稳定遗传的突变品系。但是空间环境诱变育种尚缺乏理论基础，其中空间环境诱变育种的特点、规律和机制，以及与地面辐射诱变育种的区别是亟待解决的问题。　　本研究以模式植物水稻为材料，连续考察空间诱变早期世代性状的遗传变异特点，对空间环境诱发的稳定性状进行了初步的分子标记定位；同时进行地面的γ辐照和利用加速器辐射模拟空间环境的重离子效应，考察了诱变当代的总生理损伤、细胞学效应和二代的诱变效应，比较了不同诱变因素对植物种子的诱变敏感性，剖析了空间环境诱变敏感性的遗传基础，分析了空间环境引起水稻种子遗传变异的特点和主要诱因。　　经“神舟”三号飞船搭载了10个品种的水稻干种子，M1代抽穗期出现延迟和提前，在东农V7品种中发现5个株高显著高出对照的单株；M2代株高、有效穗数和紫稻的突变率范围在0.05％-0.52%，东农V7的5个株高突变株株高性状发生了显性突变；M3代在东农V7显性突变材料后代中性状分离幅度仍然较大；利用AFLP方法对M2代突变单株的DNA分析发现，77.1%突变位点与品种之间的多态性位点一致，对照与突变体之间的位点差异率为1.67%-5.97%，在东农V7和松96-2的64对引物扫描基因组中，位点突变率分别是2.58%和1.65%。　　选用24个不同类型的水稻品种进行“神舟”四号空间搭载和地面不同剂量的γ辐照处理表明，对空间环境诱变和地面γ辐照诱变的敏感性是粳稻强于籼稻，推广种强于农家种，不同籼稻气候生态型的强弱顺序是晚籼>中籼>早籼，而不同粳稻气候生态型间的差异较小。对γ辐照不敏感的品种大多数对空间诱变也不敏感，而对γ辐照敏感的品种约有一半对空间诱变表现敏感，另一半表现不敏感。两种诱变处理均能诱发株高和抽穗期突变，但不同性状的突变频率差异较大，表明空间环境诱变与地面γ辐照诱变的机制不完全相同。　　“神舟”四号搭载Lemont/特青重组自交系，导致当代苗高受到促进和抑制，两组材料结实率与对照没有明显差异。两组株系M2代均出现株高和抽穗期突变，但“促进组”出现高秆、矮秆、早熟和迟熟的平均突变频率和诱变效率都显著低于“抑制组”。地面γ辐照诱发两组材料的当代平均生理损伤无显著差异，诱发M2代抽穗期的突变频率与诱变效率是“抑制组”高于“促进组”，诱发高、矮秆的突变频率在两组间各有高低，但高、矮秆的诱变效率则是“促进组”高于“抑制组”。空间搭载诱发株高和抽穗期的突变频率均明显低于地面γ辐照处理，但多数性状的诱变效率则高于γ辐照。　　利用我国第20颗返回式科学与技术实验卫星搭载8个水稻品种，同时利用日本放射线医学综合研究所的加速器进行C、Ne和Fe重离子模拟辐射处理，发现空间环境和重离子辐照可以影响细胞的生长并诱发细胞产生不同类型的染色体畸变。空间搭载后染色体畸变率和细胞有丝分裂指数最高，与重离子模拟组比较，引起细胞学损伤的效率排序为SP>Fe>Ne>C。　　利用Lemont/特青重组自交系，以苗高和结实率为辐射敏感性的指示性状，进行了空间和γ辐照诱变敏感性的分子标记定位，在12条染色体上共检测到影响辐射敏感性的28个QTL，约87%的敏感性基因位点的敏感等位基因均来自辐射敏感的粳稻品种Lemont，两种辐射的基因效应没有显著差异，但γ辐照后代检测到的辐射敏感QTL的数量要大大多于空间搭载处理。两种处理同时检测到的QTL如QSh2a，QSh2b和QSh7，是控制两种不同辐射敏感性的相同遗传基因，也可能是辐射的突变“热点”。　　对空间环境诱发的多蘖矮秆突变体和大粒型突变体的遗传学分析表明突变性状为多基因控制的数量性状，利用SSR分子标记，采用基于性状的分离群体分组分析方法检测到4个与粒长性状显著相关的QTL，并将控制粒长的QTL初步定位在RM218、RM426、RM570和RM423附近。