为何每次神舟飞天带货都带种子?太空育种的背后是超2000亿元市场

近日,我国三名航天员搭乘“神舟十二号”入驻天宫站天和核心舱,中国人首次进入了自己的空间站。他们将在轨驻留三个月,开展一系列活动。而跟随“神舟十二号”上天的,还有29.9克优选南靖兰花种子。

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其实,“神舟”系列飞船每次飞天,基本上都会携带一些地球上的种子上去。比如,神舟五号带了1kg植物种子;“神六”带了苦苣苔、秋海棠、灯盏花等种子;神七”带了87种蔬菜种子;“神八”携带了如红豆杉、橄榄的种子……

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那么,为什么要每次太空带货都要带种子上太空呢?大家都能想到是为了太空育种。那什么是太空育种?为什么要进行太空育种?太空种子培育而成的农产品又是否安全?

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太空育种即航天育种,也称空间诱变育种,就是将植物种子或诱变材料搭载返回式航天器送到太空,利用太空特殊的环境诱变作用,使种子基因发生变异,再到回到地面选育、试种,最终培育出高产、优质的农作物新品种。

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早在1987年,中国科学家就首次将一批青椒和水稻等农作物种子搭载在试验卫星上,送向遥远的太空。当时的目的只是做空间生命科学研究。但科学家蒋兴村却意外发现,这些上过太空的种子,有个别发生了遗传性变异,比如经过培育后,一个蒜头能重3两多,萝卜种子更具抗药性,产量高。于是太空育种实验被提了出来,航天育种的序幕由此拉开。

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最开始的航天育种仅为蔬菜种子,随着技术的不断发展,截至目前“航天育种”共搭载了包括粮食、蔬菜、水果、油料等农作物品种,花卉、中草药及制药、酿酒等微生物类等1000多个试验品种,通过太空育种,培育出了一批新的突变类型和具有优良性状的新品种。

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据统计,截止2018年,我国已经通过航天育种培育的作物,累计推广种植面积超过240万公顷,增产粮食约13亿公斤。到2020年9月,我国培育出700多个航天育种的新品系、新品种,成果颇丰,创造经济规模超2000亿元。比如肉厚、口感好、色彩鲜亮的太空椒,能长好几百斤的特大号太空南瓜,产量极高的新疆棉花都是由曾经遨游过太空的种子培育而成的。

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为什么要送种子上太空呢?

民以食为天,农以种为先。航天育种工程首席科学家刘录祥坦言,进行“航天育种”,都是为了中国人口的粮食安全。作为14亿人口大国,粮食安全始终是国家长期的战略性问题。我国的可耕种土地面积并不多,人均耕地面积小。要想实现每年增产,就要培育出更优质的种子。而太空育种可在相对较短时间内创新出优质种源,为培育高产、高质量种子提供了有力支撑。

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太空环境和地球截然不同,地球有地磁场以及臭氧层的保护,使得宇宙中的高能射线只有极少数能到达地面,这样的环境非常稳定。所以,在地球上,生物发生基因变异的概率非常低,大约只有20万分之一。

但在太空,则是一个强辐射、高真空、微重力环境,各种辐照、射线都有,更多的是高能粒子辐射,穿透力很强,可对生物遗传物质DNA的造成破坏,从而概率性地导致生物基因发生可遗传的变异。在太空产生基因变异的概率可达到千分之几。而有利的基因变异概率可达千分之一到万分之一。而这数据相对于地球环境来说,突变的概率已经是非常非常之高了。

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太空育种全过程

很多人以为把种子带上太空“转一圈”再带回来种入地里,作物自然就能丰产、果实就能变大变甜。其实不然,太空育种远比人们想象的复杂得多,而且太空种子的后代也不都是具有体型变大或高产等优良性征。在种子返回地球后,后面还有很长的路要走。太空育种要经历哪些过程呢?

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阶段一:种子筛选 。

搭乘航天器的种子首先都要经过严格的筛选,必须是遗传性稳定、抗病性强、高产等综合性状好、足够优秀的种子,才有进入太空遨游的资格。

阶段二:太空诱变 。

经过层层选拔的种子搭乘返回式航天器上太空,借助太空中有别于地球表面的特殊环境:如宇宙射线、微重力、高真空、弱地磁场等诱变作用,完成种子的基因变异处理,然后返回地面。

阶段三:品种筛选及品质验证。

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上过太空的种子并不是百分之百会产生基因突变,而且基因变异没有方向,可能突变成更优的个体,也可能是不利的变异,退化,甚至被杀死。而种子的变化是分子层面的,谁都不知道究竟哪一个发生了基因突变,更别提突变成什么样了。

所以,返回地面后,就需要育种师们对它们进行研究栽培,找到那些有利的基因变异,并进行多轮播种培育、筛选。利用一系列魔鬼训练:或捉虫子去咬它、或用病毒侵染、或种到旱地里不给浇水……模拟自然环境,进行优胜劣汰,以此来找到种子的特长。而且要经过四代以上的选育和淘汰,才有可能收获遗传性较为稳定的品种,确保好的性状稳定下来,才算真正育种成功,才可投入市场种植。

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太空种子从太空旅行到地面培育,从品种筛选到品质验证,整个过程大概需要4 ~6 年的时间。

太空农产品的安全性

也许会有人会对太空育种结出来农作物表示担忧:经过太空辐射之后的种子,种出来的东西真的安全吗?

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国家航天育种工程首席科学家刘录祥曾一边吃一边给大家解答:航天育种是非常安全的!从航天育种的原理和过程来看,航天育种的变异在本质上和自然界植物的自然变异是相同的,只不过是太空中的特殊环境加速了生物变异的过程,提高了变异的频率。这种育种方式并没有将其他外源基因导入作物中使之产生变异,只是种子自身的变异,所以是可以安全食用的。

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页面更新:2024-04-29

标签:神舟   地磁场   太空   种子   飞天   遗传性   性状   农作物   突变   概率   高产   基因   航天   地面   品种

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