2023-03-26 09:02:58
原標(biāo)題：一問(wèn)到底丨航天育種實(shí)驗(yàn)如何開(kāi)展？“上天入地”的“太空種子”這樣煉成→
23日，中國(guó)載人航天工程辦公室一則公開(kāi)征集航天育種實(shí)驗(yàn)搭載項(xiàng)目的消息引發(fā)關(guān)注。到底什么是航天育種？目前已經(jīng)有多少種子開(kāi)展過(guò)太空之旅？如何才能成為一顆合格的“太空種子”？有哪些作物種子上過(guò)太空？航天育種就是“太空種菜”嗎？我們?yōu)槭裁匆浂簧岬亻_(kāi)展航天育種實(shí)驗(yàn)？帶著這些問(wèn)題，一起一問(wèn)到底。
什么是航天育種？為何要進(jìn)行航天育種？
什么是航天育種？我們又為什么要持之以恒地進(jìn)行航天育種呢？
航天育種，就是將農(nóng)作物種子或試管種苗送到太空，利用太空特殊的、地面無(wú)法模擬的環(huán)境，如高真空、微重力、宇宙高能離子輻射等的誘變作用，使種子產(chǎn)生變異，再返回地面選育新種子、新材料，培育新品種的作物育種新技術(shù)。航天育種具有有益的變異多、變幅大、穩(wěn)定快，以及高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、抗病力強(qiáng)等特點(diǎn)。其變異率較普通誘變育種高3~4倍，育種周期較雜交育種縮短約1倍，由8年左右縮短至4年左右。
與傳統(tǒng)育種技術(shù)相比，它能在較短的時(shí)間內(nèi)提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，創(chuàng)造出許多新品種，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展中發(fā)揮重要作用。
一顆“太空種子”是如何煉成的？
航天工程系統(tǒng)復(fù)雜程度高、技術(shù)跨度大，荷載容量彌足珍貴。什么樣的種子才能獲得太空之旅的入場(chǎng)券？落地之后到成功育種又要經(jīng)歷哪些考驗(yàn)？
被選中的種子一般要具備兩個(gè)條件：一是遺傳性穩(wěn)定，二是綜合性狀好。能夠獲得太空之旅資格的種子可謂是“天選之種”。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般種子在太空中的突變率僅為0.05%~0.5%，沒(méi)有變化的種子有很多，只有被宇宙粒子擊中的“幸運(yùn)兒”才會(huì)在返回地面后被挑選出來(lái)。同時(shí)，由于基因突變具有不定向性，并非所有的種子都往好的方向突變，因此，只有符合要求的種子才能留下來(lái)。
挑選出的種子要進(jìn)行多代篩選培育，同時(shí)還要經(jīng)過(guò)風(fēng)、蟲(chóng)、旱的考驗(yàn)，只有通過(guò)這些嚴(yán)苛的試驗(yàn)并得到權(quán)威部門(mén)審定的種子才是真正合格的太空種子。
航天育種實(shí)驗(yàn)如何開(kāi)展？
航天育種看似只是航天員在實(shí)驗(yàn)艙里培育植物的一個(gè)過(guò)程，但實(shí)際上卻是一個(gè)非常復(fù)雜的過(guò)程。那么，航天育種實(shí)驗(yàn)到底是如何開(kāi)展的呢？種子上天之前和進(jìn)入太空之后科研人員都要做哪些研究和準(zhǔn)備工作呢？
在中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，有這樣一個(gè)儀器，專(zhuān)門(mén)用來(lái)模擬植物在微重力情況下的生長(zhǎng)。
中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊：這就是一個(gè)回轉(zhuǎn)器，它的作用就是模擬空間微重力效應(yīng)，因?yàn)榭臻g的實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)畢竟是非常珍貴的，在天上做一次實(shí)驗(yàn)要等很長(zhǎng)時(shí)間，所以在地面我們就制造出來(lái)這樣一個(gè)儀器來(lái)模擬失去了方向以后對(duì)植物的影響。但是地面畢竟重力還是存在的，只能模擬空間的部分效應(yīng)，所以最終要了解空間環(huán)境對(duì)植物的影響，還必須要上到太空去。
問(wèn)天艙作為專(zhuān)門(mén)的實(shí)驗(yàn)艙，裝備了專(zhuān)門(mén)的存儲(chǔ)區(qū)，包含4℃、-20℃、-80℃等多個(gè)溫區(qū)，這也是生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)比較常用的三個(gè)溫區(qū)，可以滿(mǎn)足不同特點(diǎn)、不同周期的實(shí)驗(yàn)存儲(chǔ)要求。除此以外，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙搭載了實(shí)驗(yàn)柜，所采集的數(shù)據(jù)不僅量大，還需要實(shí)時(shí)傳輸。因此，航天科研人員用光纖在艙內(nèi)打造了一個(gè)帶寬更大、速率更快的局域網(wǎng)，再通過(guò)中繼衛(wèi)星傳到地面，便于科研人員開(kāi)展研究。
中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心研究員 郭麗麗：其實(shí)我們有很多地面系統(tǒng)，我們叫有效載荷運(yùn)行管理系統(tǒng)，科學(xué)家利用這套系統(tǒng)可以去監(jiān)視。因?yàn)槲覀儠?huì)對(duì)天上的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，接收完之后會(huì)處理，呈現(xiàn)給科學(xué)家，科學(xué)家可以根據(jù)這些數(shù)值數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)去判斷載荷的健康狀態(tài)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展情況，同時(shí)也可以通過(guò)這套系統(tǒng)的控制指令，時(shí)時(shí)干預(yù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)展情況，包括調(diào)參數(shù)、調(diào)模式。
航天育種就是“太空種菜”嗎？
神舟飛船成了“太空帶貨小能手”，一批批的作物種子接二連三地被送上太空。有人把航天育種理解為“太空種菜”，確實(shí)有種菜，但可不僅僅是種菜這么簡(jiǎn)單。我們先來(lái)看看都有哪些作物種子上過(guò)太空。
據(jù)了解，神舟十四號(hào)和神舟十五號(hào)載人飛船搭載了一百多家單位的千余份作物種子、微生物菌種等航天育種材料。神舟十二號(hào)和神舟十三號(hào)載人飛船返回艙則帶回了88家單位上千件份的作物種子和微生物菌種，從小麥、玉米、大豆，到南瓜、水稻、番茄，還有魔芋、辣椒、棉花，甚至連處于休眠狀態(tài)的烏雞蛋都有。
去年的12月4日，神舟十四號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸，隨艙返回的還有水稻和擬南芥種子。此次空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，是國(guó)際上首次開(kāi)展水稻“從種子到種子”全生命周期空間培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，本項(xiàng)目共在軌開(kāi)展實(shí)驗(yàn)120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、開(kāi)花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，這一成果也為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適應(yīng)空間環(huán)境的作物提供了依據(jù)。
我國(guó)航天育種已取得哪些成果？
我國(guó)自1999年神舟一號(hào)飛行任務(wù)開(kāi)始開(kāi)展航天育種搭載實(shí)驗(yàn)，多年來(lái)，我國(guó)開(kāi)展的航天育種實(shí)驗(yàn)都取得了哪些成果呢？最新數(shù)據(jù)顯示，自1999年11月神舟一號(hào)首飛及其后的歷次飛行任務(wù)中，累計(jì)為國(guó)內(nèi)400余家科研機(jī)構(gòu)和高等院校搭載航天育種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目3000余項(xiàng)，創(chuàng)制出4萬(wàn)余份空間誘變種質(zhì)材料，育成水稻、小麥、玉米、大豆、棉花、油料、蔬菜等新品種460多個(gè)，顯著提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。林草、花卉、中草藥和優(yōu)質(zhì)牧草等，也有眾多載人航天工程支持的航天育種研究與應(yīng)用成果。而中國(guó)空間站已步入應(yīng)用和發(fā)展階段，目前也有大量的生物樣本正在空間微重力環(huán)境下開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，我們也期待這些航天育種為我們帶來(lái)更多神奇。
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