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太空育种给中国带来巨大变化与商机

来源:华商网-华商报 发布时间:2020/1/13 12:46:57

在20世纪80年代,我国有耕地19.51亿亩,占世界耕地面积的7%,但人均耕地只有1.58亩,不足世界人均耕地水平的一半。要用占世界7%的耕地养活占世界22%的人口,对农业生产的压力是巨大的。要满足12亿人口的吃饭问题,任务是十分艰巨的。中国科学家经过科学计算,提出中国可以养活自己的论断。而这一论断是在依靠科技进步,在全国大力推广先进农业适用技术的基础上做出的。 太空育种就是先进农业适用技术之一,那么,什么是太空育种呢?

太空育种主要是指利用返回式航天器或地面模拟空间环境装置,通过空间特殊的环境条件(包括强辐射、微重力、高真空、交变磁场、高能粒子等多种因素)对生物种质资源产生诱变作用,使种质资源产生变异,然后再通过严格的地面选育过程,获得优良生物新品种、新材料的育种技术。它是航天高科技与遗传育种技术相结合的产物,被人们视为经济效益和社会效益并存的朝阳产业。

其实,人类从20世纪70年代起就开始利用航天器把各种植物种子带入太空了,目地是使其在太空环境中产生内部结构和染色体的变化,产生有益的农艺性状的变异,从而选择培育出综合性状优良的农作物新品种。与常规育种相比,太空育种可以加速育种过程,能够提高产量,改善农作物品质,缩短生育期,得到常规育种无法产生的变异,因而它为选育农作物稳产、高产的优良品种开辟了一个新途径。例如,通过太空诱变育种试验可选育出高产、质优和抗病能力强的青椒,产量增加25%,维生素C含量提高15%~20%,病情指数降低55%,口味好。

自1987年以来,中国已多次利用自行研制的返回式卫星、“神舟”飞船,把农作物种子和微生物带到200~400千米的太空,利用空间宇宙射线、交变磁场、微重力等特殊的太空环境因素对种子和微生物的影响,使农作物种子产生在地面环境中得不到的变异,最终筛选出有着优异变异性能的农作物新品种。已搭载升空的植物种子有小麦、大麦、水稻、谷子、大豆、玉米、高粱、棉花、芝麻、大豆、红小豆、油菜、甜菜、辣椒、番茄、白莲、西瓜、绿菜花、茄子、百合、黄瓜、青椒、药物、花卉和烟草等几十多类作物几百多个品种。

仅在1987—1996年,中国就用返回式卫星进行了8次计300多个品种的农作物种子微重力搭载试验,它对培育新型良种,提高农作物产量和质量起到了积极的推动作用。这些搭载项目有的已达到国际先进水平。

通过太空育种,中国科技工作者培育出了一些新的突变类型和具有优良农艺性状的新品系。例如,在水稻方面,水稻种子经卫星搭载育种试验获得了株高、分蘖力、穗型、粒型和生育期等性状变异。经选育试种已获得增产20%的丰产优质品系,亩产可达400~600千克,有的达750千克,且蛋白质含量增加8%~20%。在小麦方面,已获得矮杆、早熟和丰产材料,培育出了矮杆抗倒伏、抗病害的类型,可有效减少倒伏和病害造成的损失,生育期可缩短10天左右。在谷子方面,经太空处理的种子诱发多种变异,如穗粗长、穗型奇特(鸡爪形、球形)、不育型等,为进一步培育谷子新品种提供了可行性。在青椒方面,经多年培育,太空处理的青椒已获得单果重350~500克的早熟抗病新品系,亩产可提高一倍。在番茄方面,采用集团选育法,经多代集团选择与培育已经获得增产15%以上的抗病新品系。

在西部大开发战略的实施中,国家林业局用太空育种技术为西部地区的防沙、治沙培育优良草种,支援了西部地区的生态建设。为使太空育种产业化,扩大培育优良品种的范围,中国农业部门利用返回式卫星技术,发射了专用于农业的卫星实践8号,使我国的太空育种工作再上一个新的台阶。

2006年9月9日,中国长征2号C火箭又成功地将实践8号育种卫星送入太空。它运行轨道为倾角63°、近地点180千米、远地点460千米。它在轨运行15天后,在四川遂宁回收。

这是世界第一颗专门服务于农业科技、应用于太空育种的卫星。实践8号总长5144毫米,最大直径2200毫米,以返回式卫星平台为基础研制,由返回舱和仪器舱组成,其中返回舱由回收舱和制动舱组成;仪器舱由服务舱和密封舱组成。它除有效载荷分系统外,还包括结构、控制 (含姿控、轨控)、跟踪、遥测、遥控、天线、程控、电源、总体电路、热控、返回等11个分系统。

实践8号把粮、棉、油、蔬菜、林果花卉等9大类2000余份约215千克农作物种子和菌种带到200~400千米的太空进行空间环境下的诱变飞行试验,共包括了152个物种,其中植物133种、微生物16种、动物3种。其主要任务用于太空育种试验和研究,进而探索出太空育种方面的规律。

卫星上还装载了用于探测空间环境辐射、微重力和地磁场等空间环境要素的多项装置,开展空间环境要素诱变育种的对比研究,获得的数据还将用于探索地面装置模拟空间环境因素的途径,研究各种空间环境因素的生物效应与作用机理。

针对有效载荷是有生命的种子,实践8号在设计、研制时重点考虑了温度和防水等方面。在卫星上升段、太空运行段及返回再入段,卫星舱内温度控制在15~26°C。实践8号设计了安装种子载荷的特殊支架,用来固定2000多份种子样品。在防水设计方面则采用一种透气不透水材料,保证卫星返回地面时即使落入水中,种子短时间内也不会因被水浸泡而受损。

经过科研人员20多年的辛勤培育,中国太空育种的成果已初见成效。涉及的生物品种包括粮食作物、经济作物、蔬菜、花卉及药材、林木果树、动物、微生物等经过卫星搭载处理后,返回地面的种质资源经过科技人员的精心选育,性状不断稳定,获得了品质优良的生物品种,有相当一部分太空育种材料通过了相关部门和专家审定。

当然,任何一种新生事物都会引起人们的关注和质疑,太空育种同样也会存在各种各样的问题。太空育种的安全性、机理研究、标准化、产业化、产权保护等一系列的问题摆在人们面前。目前,虽然全国各地都在充分利用各种资源创建形式各异的太空育种基地,但总体来讲我国太空育种育成的品种还没有得到大面积的推广利用,新品种在农业增产、农民增收和农村经济发展中的作用还远未充分发挥。太空育种的产业化不仅有助于保持中国在该领域的国际先进性、创造性及太空育种产品开发方面的世界领先地位,而且将使太空育种技术为中国农作物育种技术进步和国民经济发展做出更大贡献。

随着我国空间技术的进一步发展,我国的太空育种工作在质量和数量上还会有较大的发展,在不久的将来,我们生活的环境中,将有可能随处见到太空育种的成果:街道两旁种植着太空树,草坪里铺的是太空草,餐桌上摆的是太空育种的各种食品—太空粮食、太空蔬菜;在医院使用的是经太空培育出的抗生素。



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