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當農作物種子上了天之后……


很多人都知道,神舟飛船每次發射都會帶一些種子上去。神舟五號帶了1公斤植物種子、神舟六號帶了秋海棠、苦苣苔和燈盞花等植物種子、神舟七號帶了87個品種的蔬菜種子、神舟八號帶了如紅豆杉、橄欖種子等,也有了意外收獲,有的種子發生了變異,在地面上繁育之后獲得了有益的特性,比如抗病蟲啊,增產啦,改善口感啦,于是科學家們就來勁了,不斷的把不同農作物的種子弄上天去,希望獲得有益的變異……這就是空間誘變育種技術。

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空間誘變育種技術按照農作物種子搭載的平臺飛行高度不同,可分為高空誘變育種和太空誘變育種。

高空誘變育種,一般搭載高空科學氣球平臺飛行在30-40km的臨近空間高度。臨近空間環境具有高真空、高紫外線強度、地球磁場和高能帶電粒子輻射等特點。農作物種子搭載高空科學氣球進入臨近空間飛行,眾多復雜的空間環境因素對農作物種子的生長發育會產生極大的影響,使農作物的染色體產生缺失、重復、移位、倒置等基因突變,回到陸地上,經過多代篩選、培育,形成特性穩定的新品種。

太空誘變育種的原理與之類似,只是搭載平臺為衛星、飛船等航天器,飛行在地球大氣層以外的宇宙空間。因此,空間誘變育種技術是航空航天技術、生物技術、農業育種技術交叉結合的產物。

國內高空誘變育種進展

中國的高空誘變育種始于1987年,搭載的高空科學氣球主要是由中國科學院高能物理研究所研制,搭載的農作物種子包括:藻類、水稻、小麥、蘆筍、玉米、大麥、棉花、谷子、大豆、綠豆、豌豆、紅小豆、辣椒等數十種作物及幼苗,并取得了較好的試驗效果,為發展太空誘變育種打下了良好的基礎。

國內高空誘變育種第一人是中科院遺傳所的蔣興村教授,1987年,他和廣西農學院合作利用高空氣球搭載誘變粳稻:中作59、海香二,1988年進行種植。在第二代形態產生分離,從中分離出一些優質米類型,性狀能在后代中穩定遺傳,因此這種變異是遺傳性變異。在第四代中有一些株系能恢復秈稻不育系的植株,將為水稻亞種間雜交稻找到良好的恢復系材料。

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這個結果說明,高空氣球搭載處理可以動搖小麥產量、品質的基因連鎖和結構,并在后代中穩定遺傳,這對加快育種進程是有利的。

之后在1991年,高空氣球搭載的空間第二代的谷子862-2,其葉面積比之前品種提高約25%,第三代優選出了特大穗品種,平均長度33-35cm,最長有38cm,在接下來的培育實驗中,一代比一代的產量要高。

結果表明,高空氣球搭載誘變過的谷子,一些植物學形狀和品質會發生變異,可選育出優良品種。

高空誘變育種技術的延伸——太空育種

高空誘變育種具有成本低廉,過程快捷的優點,但是1960年代,前蘇聯及美國的科學家將植物種子搭載衛星上天,在返回地面的種子中,發現其染色體畸變頻率有較大幅度的增加,比高空誘變幅度更大,范圍更廣,更易出現特異性變異。

于是,太空誘變育種技術便開始發展起來。

1984年,美國將番茄種子送上太空,逗留時間達6年之久,返回地面后經科研人員試驗,獲得了變異的番茄,且它的種子后代對人體無毒,可以食用。

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1996年,美國的布魯斯·巴格比研究出太空矮桿小麥,小麥株高40cm,生育期也只有60天,這種小麥產量高出普通小麥3倍,很有可能適合太空生長。

除此之外,俄羅斯和美國成功地在“和平號”空間站培植出小麥、白菜和油菜等植物品種。1999年,俄羅斯的太空小麥也終獲成功。

進入21世紀,美、日、西歐已將太空植物的培育作為重點發展項目,先后培育出百余種太空植物。

我國的太空育種,主要搭載返回式衛星或者神舟載人飛船進行,涉及的品種非常廣泛:包括水稻、小麥、谷子、大豆、玉米、高粱、馬鈴薯等糧食農作物;青椒、番茄、綠菜花、石刁柏、黃瓜、茄子、豇豆、樹莓等蔬菜水果作物;油菜、大豆、綠豆、芝麻、核桃等油料作物;大棗、桂花、棉花、紅麻、孜然、牧草、甜菜等其他農作物共6000多份種子材料。

20余年來,我國利用高空科學氣球、返回式衛星及神舟飛船等搭載方式完成了300多項空間搭載試驗,獲得了大量有益變異體,選育出了一大批綜合性狀良好同時具有市場競爭力的農作物新品種。

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先進的航天技術為快速培育優良品種及特異種質資源開辟了一條新途徑,為人類進入太空農業時代展示了美好前景。

因此,空間誘變育種的研究不但在育種上和應用上具有重要意義,而且在探索空間條件對生物體影響機理等方面也具有重要的理論意義,同時為人類開拓空間資源創造了條件,具有十分廣闊的發展前景。


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