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    一颗上过天的种子返回地球后要经历什么
    来源:深圳市绿航星际太空科技研究院 日期:2019年05月20日  字体:【大】【中】【小】  浏览量:155

    1987年8月5日,随着我国第九颗返回式科学试验卫星的成功发射,一批水稻和青椒等农作物的种子被送向了遥遥天际,这是我国农作物种子的首次太空之旅。虽然当时搭载作物种子的目的并不是为了育种,但是科学家们在实验中无意发现,上过天的种子中发生了一些意外的遗传变异,因此人们开始考虑利用这种方式进行农作物航天育种。

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    航天育种,即太空育种,也称空间诱变育种,就是将农作物种子或试管种苗送到太空,利用太空特殊的、地面无法模拟的环境(高真空、宇宙辐射、宇宙磁场、高洁净)的诱变作用,使种子产生变异,再返回地面选育新种子、新材料,培育新品种的作物育种新技术。

    太空育种具有有益变异多、变幅大、稳定快,以及高产、优质、早熟、抗病力强等特点。其变异率较普通诱变育种高3-4倍,育种周期也大大缩短。

    然而种子的“太空之旅”只是航天育种过程中的一部分。不光种子上天之前要精心“选拔”,上天“镀金”的种子返回地面后,航天育种专家还要进行艰苦的地面选育过程。一批太空作物种子从落地到新品定型需要至少4年,完全是一条从金矿石中提炼黄金的历练之路。接下来,我们为您详细解读“种子金矿”的开采过程。

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    一颗种子的飞天之路
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    “种子筛选”是航天育种的第一步,科学家们尽可能地把最好的种子挑选出来,并且对种子变异方向加以引导。

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    地面选种

    种子选好了,接下来是航天育种的第二步——“太空诱变”。遨游于太空特殊环境中的植物种子,在无处不在、无时不有的强大宇宙射线的持续轰击下,虽然外表看不出有什么变化,但其内部微观尺度细胞中的基因片段、蛋白质、生物电等,很容易发生各种各样的异变。在这个过程中,还需要依靠电脑控制或由航天员操作,不仅对种子的生存状况随时加以监测,还要计算航天器角度、地球位置、太阳方向、距地高度等各种具体的细节问题,以保证在有限时间内尽可能与更多的宇宙射线发生“交集”,受到更强烈的射线“轰击”。

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    搭载飞天

    虽然变异后的种子所占比例不大,但是价值意义极大;虽然有益变异率并不高,但也远远超过地球金矿中的黄金含量。当一批批种子结束太空之旅,回到地面时,就相当于是一座座黄金富矿回到地面,就等“开采”了。




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    艰苦而漫长的地面选育
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    种子们安全返回地面后,又回到了航天育种科学家们的手中。然而,这才是万里长征的开始。接下来的工作,才是真正艰苦而又漫长的,航天育种的第三步,即“地面选育”

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    返回地球

    具体到某一粒种子,在太空巡游的过程中,究竟有没有受到足量的射线照射,有没有发生变异、发生了何种变异,谁都不知道。如果运用现代生物高科技,把每粒种子都打开来,把它们的DNA和携带的基因都放大了察看一遍,再与没有上过天的同一批种子对比一下,那倒是能够得出一些结论。但是,这显然就把上过天的种子给破坏掉了,而且关于植物种子的生物技术研究也没有达到对每一条DNA、每一个基因段反映什么信息,都了如指掌的程度。

    那怎么办呢?办法只有一个,就是把种子播到土壤中,帮助它们发芽、成长、开花、结果,然后再与其普通同类相比较,看看究竟有没有变化、什么样的变化。这项工作之所以艰苦而又漫长,是因为它是以“年”为单位而不是以天、月为单位进行的。从种子播下后的那一刻开始,往往要持续好几年。这是一个需要高度专业知识和极强耐心、细心的过程。一粒太空种子入土后,出苗速度、生长情况,包括全株的茎、秆、须、叶、花、果,每一个要素、每一步变化、每一点不同,都要转化为精确的科研数据,记录下来。

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    地面实验室反复培育初选

    这还只是第一年的工作。针对一批太空种子的出苗、发育、成熟情况,逐粒逐粒、一株一株地相互对比,而且是一个数据一个数据地巡回对比,然后在这一批种子的第一代后代中,再次选出更强更好的来。因为,哪怕是同一批在太空中同时发生好的变异的种子,在地面发芽、成长、成熟的过程中,依然不是平均的,同样也会出现有好有差的明显差异。这些种子被收集起来,来年再种、再次观察

    为何还要再次观察?这是因为,植物种子发生变异,而且将优秀品质成功遗传给第一代后代后,并不能说明这批种子就可以作为成熟稳定的新品种,向全国推广了。于是,同样的工作还得继续。一共要几年?按照现代农业科技的实验规律,平均每一类种子都需要四年。也就是说,上述从播种到收获、优中选优的工作,要反复进行四轮

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    大田反复培育筛选直到定型推广

    在此期间,有时还要再次对种子进行高空气球辅助照射、地面强辐射实验室再次照射等各种“加强性”的补充工作,有时还要像勤劳的蜜蜂那样极其精心地进行同类植株之间的授粉,促成其实现“自交”,否则便没法得到下一代种子。哪怕是对已经证明“不行了”,只能忍痛淘汰掉的种子或植株,也不会一丢了之,而是要以同样认真负责的态度,从根到茎、从叶到须、从花到果,测量、化验、分析、对比,力求找出其“败亡”的真正原因。

    到第四年,如果真正确认一批太空种子的好的变异,都成功地保留下来了,进入稳定状态了,能够连续四代向下遗传了,这些种子才能真正脱离科技实验室层面,成为农业实践意义上的“新品种”




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    沙海拾金 光芒璀璨
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    如大浪淘沙般,历经千挑万选保留到第四代的种子,普遍都具有远远超过它那未曾上过太空的普通“祖先”的优异品质,有的产量高,有的出油多,有的特强壮,有的更好看,有的更好吃,有的更环保,等等。

    要知道,每个类别的太空种子,都不是一粒,而是一批;出苗后也不是一株,而是一片。每次返回地球的种子,也都不是一类,而是很多类。对其中的每一粒、每一株,都要像这样如抚育婴儿般精心对待,连续数年优中选优,这是多么繁杂的工程啊!

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    在轨飞行

    所以,每一个担负地面选育任务的航天育种科技产业基地、示范园区、试验田,都是一个巨大的新种选育“实验室”,里面有大量不同品种的太空种子,在露天或室内环境中,在科学家们的精心照料、严密观察、测量计算中,生长发育、开花结果。为了让种子们将来能够适应全国更多地区的气温、土质、水情等各种条件的不同,还要尽量让太空种子们在贴近自然的环境中生长。也就是说,太空种子和它们的后代太空植物也罢、与它们朝夕相处的航天育种科学家们也罢,都是不分寒暑甚至风雨无阻地在努力拼搏着的。

    惊世骇俗的“番茄部落”(太空西红柿)、“南瓜霸王”(太空南瓜),以及目前遍布全国各地的数不胜数的太空种子、太空植物、太空农田、太空花园,离不开艰辛而漫长的地面选育工作,离不开航天育种科学家们的艰苦付出!

    来源/太空梦想

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