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太空育种技术日臻成熟,宇航员“种”出超级水稻?

2021-10-11 11:46     来源:皇帝的新衣服     航天育种诱变育种宇宙射线
神舟十二号上,三位宇航员的菜谱吸引了大众的目光:超过120种航天食物,有荤有素。航天与食物,航天与植物,航天与种子的缘分可谓源远流长。自从发射卫星成功,许多植物种子就开始了太空旅行。经历过太空洗礼的种子们迅速发生内在改变,有的上了餐桌,有的上了报纸,有的则肩负改变世界的使命。

水稻革命与航天

无论是袁隆平等科学家的心愿,还是实际人类面对人口增长的环境问题,培育出更加强大高产的农作物就意味着让更少的人忍饥挨饿。自从上个世纪以来,各国的科学家都曾致力于超级农作物的研发和种植。今天,这样的努力仍在继续,而中国已经走在了前列。

我国的基因库中保存有50万种植物的DNA信息,是培育超级农作物的工作基础。科学家们期待培育的这些超级作物可以在恶劣条件下存活。为了实现这个目标,科学家们需要改变水稻等农作物的基因,可以说是重新设定农作物种子的生长“程序”。


 

以水稻为例,改变设定后的“超级水稻”可以适应不同的环境,应付缺水、多虫等各种各样的自然条件。成功研发的“超级水稻”可以减少水稻农民对天气、土壤、特别是季节性雨水的依赖。目前中国水稻种植会使用过半的淡水资源,一旦新的品种成功培育,对于环境保护将是跨越式的壮举。

黎志康作为这个领域的前沿科学家,已经陆续公布了3000种水稻基因排序,为十多种水稻研发建立基础。黎志康培育的新品种水稻致力于用尽可能少的水,领先于人类对于水稻研究。

中国科学家们的使命不仅仅是养活更多的中国人,而且是救助全世界的贫困人口,让更多人可以吃饱饭。除了科学家们忙于超级农作物的研发,宇航员和航天技术也起到了不小的作用。

航天技术与基因

除了熟知的转基因技术,航天工程育种技术是寻找与制造超级农作物的重要过程。农作物种子在太空中会接受来自宇宙射线照射,加上失重等多种因素影响,种子会产生内在基因改变。

通过航天育种技术产生的种子变异主要是受环境改变导致其基因突变。相比于转基因过程,航天工程育种更加多样,效率高,但可控性目前不高。

当下,航天工程育种技术成本很高,而过程非常安全。目前,我国已有上千种生物菌种、试管苗、植物种子和其他生物材料搭载飞船上天。这些种子在经历航天旅行之后,会被带回故乡继续观察培育。在确定其食用安全,了解其性质之后将会投放入市场。


 

在去年兰州召开的草业航天育种专题研讨会上,就有不少成功育种的航天种子受到了关注。这次展会上获得审定通过的种子有中天1号紫花苜蓿草种、林草花卉、中草药新品种、酿酒微生物新菌种等等。目前,累计种植的航天育种新品系已经超过1.5亿亩,而其创造的经济效益已经达到2000亿元以上。

从餐桌到环保

太空育种技术另一个特点是周期长,但一旦成功,其带来的效益也是长期而广泛的。例如,我们日常的餐桌食物中有很多都是从“太空种子”长成的:南瓜、茄子、豇豆……


 

种子完成太空诱变被带回故乡后,通常需要几年的时间“传宗接代”。科学家完成观察和分析至少4代以上后,有价值的种子会被选出并进行杂交育种。

在科学家们完成了这一系列调查研究工作之后,杂交育种得到的种子会被送往田间试验,通过最后的比对试验的种子才会被送往农作物品种审定委员会审核并确定推广。

经历复杂又仔细的监测和实验,这些太空种子终于可以变身太空瓜果蔬菜,出现在我们的餐桌之上。除了太空辣椒、太空茄子、太空番茄、太空小麦,太空育种更大的影响是关乎人类未来的发展。


 

如果水稻可以使用更少的水,海水可以用于种植,太阳光照可以被收集,我们可以在空间站建立实验室,我们可以在另一个星球上种植,那么人类的生存状况和地球的环境都会发生革命性的变化。

所有这些设想,都随着航天技术的成熟和人类对太空探索的深入而逐个实现。自从1999年神舟一号进入太空,我国的“太空诱变育种”实验启动,我们搭载了包括青椒、番茄、豇豆及板蓝根等中药材。首批“神舟系列”太空种子为后续研究开辟了道路。


 

2002年,随着神舟二号在前一年建立了太空实验舱,神四完成了空间制药的首次探索。至2008年,神舟七号已经可以将实验舱至于舱外,并且将杂交水稻带上了太空。2011年,我国神舟八号与天宫一号飞行器实现自动对接,更多的水稻和蔬果品种飞上了太空。

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