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太空育种有何玄机

编辑:东莞奥仕洁清洁设备有限公司  时间:2019/06/05
11月1日黎明,执行我国首次空间交会对接任务的神舟八号飞船顺利升空。“神八”此次对接的,是我国首个太空育种平台——天宫一号。

航天育种也称空间诱变育种、太空育种,是指利用返回式航天器和地面模拟空间环境装置,通过空间环境对植物发生诱变作用,致使种子产生变异,再通过严格的地面选育过程,获得优良的农作物品种。

农作物种子,作为我国探索太空的神秘访客之一,均出现在历次神舟系列飞船的搭载任务中。在传统育种遗传资源尚显不足且育种方法相对单一的情况下,航天育种已然成为保障国家粮食安全的一项重要战略选择。航天育种的诱变机理是什么?地面模拟因何无法取代?现代分子生物学手段在哪些方面无法企及?迄今为止,科学家对空间诱变机理尚不完全清楚。

“神八”发射升空后,将搭载诱变装置对接天宫一号,验证科学家们的种种猜想。

空间诱变玄机几重

一种杨树树种经搭载诱变,返回后又经地面培育,显现出优良的抗盐碱性能。由此科学家们猜想,其诱变机理有可能是太空环境对该树种的细胞膜蛋白通道产生了影响,致其不再吸收钠离子。

这是空间诱变育种的一个典型例子——“意外”获得某种需要的性状,也不排除相反性状的出现。然而令科学家感到困惑的是,无论结果好与坏,这种诱变机理依然充满神秘。

以往,通过航天器搭载升空的作物种子,经地面培育后,会显现出不同的性状:有的变大,有的变小,有的甚至变化为“零”。

在中国空间技术研究院航天育种专家庞欣博士看来,“诱变率一般为百分之几甚至千分之几,其中有益的基因变异仅为千分之三左右”。

在空间诱变机理研究方面,我国科学家进行了大量的研究工作。有专家认为,空间环境可引起生物基因组DNA碱基变异,造成DNA断裂和重组,因此诱发变异。

在前不久举行的“2011年航天工程育种论坛”上,中俄航天搭载项目中方首席科学家刘敏则强调,导致种子诱变的原因可能与植物基因组中的转座子有关。转座子是一种可移动的遗传因子。

“空间环境中什么因素可激活转座子,哪些部位的转座子易被激活,这些问题还有待探索。”刘敏在接受记者采访时说。

虽然空间诱变存在诸多未解之谜,但其在育种方面的独特优势仍无法被取代。空间搭载实验表明,其对种子基因的诱变率5倍于地面变异。这也意味着,地面模拟只能满足空间诱变条件的一部分而已。

“高度500千米以下的近地空间区域,是航天育种的重要活动区域。”中国农业大学资源与环境学院植物营养系主任于福同对记者表示。

中国空间技术研究院研究员蔡震波在前述会议上指出,此区域存在与地球环境具有较大差异的环境要素,其中,真空、地球磁场、粒子辐射、微重力是航天育种可利用的关键的空间环境资源。

航天育种“三部曲”

有别于返回式卫星和宇宙飞船搭载——由于空间环境千变万化,因而每一次太空旅行都带有“随机性”,这使得重复实验受到局限。

此次“神八”与“天宫”交会对接并建立空间实验室,将为我国航天育种提供长期的空间环境与稳定的实验平台,从而获得空间诱变的精确数据。

在国家航天育种工程项目首席专家刘录祥向记者描述的航天育种“路线图”中,航天育种被分为搭载、进宫、外挂“三部曲”。

“无论是放置在舱内还是置于空间实验站的种子,毕竟(被)屏蔽了很多宇宙粒子,但可以期待在不远的将来,把种子挂在空间站外面充分接受宇宙线照射将会成为现实。”刘录祥说。

迄今,我国已先后利用15颗返回式卫星和7艘神舟飞船,搭载了上千种作物种子、试管苗、生物菌种与材料,获得了大量产生变异的新性状品种。

目前,我国拥有经过太空搭载的农作物共计9大类393个品系,育成并通过国家或省级鉴定的新品种达70多个。

未来搭载条件充沛

我国是世界上继苏联和美国之后第三个掌握卫星回收技术的国家,卫星回收成功率达到国际先进水平,这为我国航天工程育种奠定了基础。

中国工程院院士、中国空间技术研究院技术顾问、神舟五号载人飞船总设计师戚发轫日前在接受记者采访时表示,随着我国空间站逐步建成,航天工程育种将拥有更多搭载机会,这为我国航天工程育种机理研究与应用开发平台建设创造了条件。

今年年初,航天工程育种技术及产业被纳入我国“十二五”战略性新兴产业规划。国家相关支持政策纷纷出台,核心内容为加强航天工程育种技术研发并推进其产业化进程;形成空间搭载长效机制;推进航天育种服务现代农作物种业体系。

目前,我国航天育种选育的作物品种涉及粮食作物、蔬菜、花卉、林木、经济作物、油料作物等。这些品种多数均通过国家品种审定,已取得良好的社会效益和经济效益。其中,搭载水稻DH-7较对照组提前抽穗,成熟期早于常规对照组20~25天。

记者了解到,“十二五”期间,中国航天科技集团公司将承担百颗卫星(飞船、探测器)的发射任务。这也意味着,未来我国在航天育种方面拥有得天独厚的搭载条件,在航天工程育种研究及开发应用方面将取得新的突破。

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