外太空飛回新寶貝？這項(xiàng)技術(shù)竟是農(nóng)業(yè)進(jìn)化的加速器

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導(dǎo)語：神舟十三號返航時為我們帶回了一些“太空寶貝”——12000顆左右種子，承載著諸多科學(xué)家希望，成功落地，讓我們一起探索下中國的太空育種技術(shù)吧。

一、神奇的太空育種

太空育種，也被稱為航空育種，即在太空環(huán)境中誘發(fā)種子變異，從而讓種子能夠加速進(jìn)化，獲得更優(yōu)秀的基因，更好地為人們所用。太空育種最關(guān)鍵的就是太空所提供的特殊環(huán)境，那究竟特殊在哪呢？

1.微重力

中國空間站在距離地球約400千米的軌道上運(yùn)行，空間站處于失重狀態(tài)，地球引力作用明顯下降。空間站圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)，主要受地球引力和空間站運(yùn)動狀態(tài)的影響。

為滿足微重力的試驗(yàn)要求，需要調(diào)整運(yùn)動狀態(tài)，保證地球引力等于空間站圍繞軌道運(yùn)行向心力。同時，為了避免瞬態(tài)干擾，在微重力試驗(yàn)中避免空間站進(jìn)行變軌、姿態(tài)調(diào)整、交會對接與艙段分離等動作，航天員運(yùn)動活動控制在一定范圍內(nèi)，并且對存在較大振動干擾設(shè)備采用隔振設(shè)計(jì) [1]。

空間艙結(jié)構(gòu)示意圖[1]

2.強(qiáng)輻射

空間站在運(yùn)行過程中主要受到輻射包括：銀河宇宙射線、太陽宇宙射線、地球輻射帶輻射。其中，銀河宇宙射線受到屏蔽作用影響有限，太陽宇宙射線發(fā)生頻率較低，地球輻射帶輻射是空間站主要的輻射源。

地球輻射帶是被地磁場俘獲的高能帶電粒子區(qū)域，帶電粒子在地磁場作用下產(chǎn)生復(fù)雜運(yùn)動而形成。磁場俘獲帶中的高能粒子與空間站作用，包括與艙壁、艙內(nèi)物資設(shè)備和人員相互作用， 誘導(dǎo)產(chǎn)生的中子、核碎片或其他各種繼發(fā)和次級輻射，正是這些帶電粒子對搭載于航天器中的生物體產(chǎn)生輻射影響。

天空育種輻射示意圖

3.高真空

空間站具有高真空特性，能夠?yàn)橛N提供“純凈”的培養(yǎng)環(huán)境。由于缺乏足夠的氧氣，這樣就能夠減少地球?qū)嶒?yàn)室所存在的細(xì)菌、微生物等影響，從而提升育種的質(zhì)量，按照科學(xué)研究的目的進(jìn)行種子培育。

二、太空育種的關(guān)鍵技術(shù)需幾“柜”

為了挖掘太空育種的潛力，通過開發(fā)關(guān)鍵設(shè)備和育種技術(shù)，能夠進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑸榭茖W(xué)研究不同環(huán)境提供支持。其中，太空育種關(guān)鍵設(shè)備包括以下幾個實(shí)驗(yàn)柜：

1.變重力實(shí)驗(yàn)柜

地球地面的重力加速度為9.8m/s2，在地球試驗(yàn)將會始終受到重力影響。空間微重力環(huán)境不受重力影響，可以根據(jù)試驗(yàn)需求模擬不同重力加速度，范圍為0-19.6m/s2，這就需要邊重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。

其主要結(jié)構(gòu)為左右兩側(cè)的離心機(jī)，其直徑達(dá)到900mm，并且直徑目前全世界最大。根據(jù)外觀就可大致看出其原理，即利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，從而模擬重力加速度，通過改變速度，也就能改變所模擬的重力加速度。

中國空間站變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜（圖源：CCTV官網(wǎng)）

2.生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜

該柜實(shí)際上就是一個人工構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)，能夠提供光照、二氧化碳、溫度、營養(yǎng)等動植物生存的條件，保證動植物能夠正常的成長發(fā)育。由于太空的微重力和輻射作用，在生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜就能夠研究太空特殊環(huán)境的影響。

生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜（圖源：央視網(wǎng)）

3生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜主要是支持開展以生物細(xì)胞培養(yǎng)和組織構(gòu)建、空間蛋白質(zhì)結(jié)晶、蛋白與核酸共起源、空間生物力學(xué)等生物技術(shù)及應(yīng)用研究，關(guān)注細(xì)胞、生化、分子等生命科學(xué)尖端學(xué)科。該實(shí)驗(yàn)柜以微觀分子進(jìn)行探索分析， 能夠從本源研究天空中生物技術(shù)。

生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜

三、太空育種安全嗎？

從原理講，太空育種屬于內(nèi)源基因改良，也就是提供外部變異環(huán)境，由種子DNA進(jìn)行突變和重組。與袁隆平院士在野外發(fā)現(xiàn)具有高產(chǎn)量的水稻種子一樣，只不過太空育種是采取人為干預(yù)措施，不像水稻育種是依靠大自然被動選擇。因此，太空育種從理論上分析非常安全。

太空育種示范

種子在天空完成誘變僅是第一步，而返回地面擇優(yōu)培育同樣重要。需進(jìn)行至少三代的地面培育，經(jīng)歷4到8年甚至更長時間，結(jié)合生物優(yōu)選方式，經(jīng)過多代篩選、淘汰、試種、審定，能夠表現(xiàn)優(yōu)質(zhì)基因并且遺傳穩(wěn)定，才能夠進(jìn)一步進(jìn)行研究應(yīng)用，最終通過所有的環(huán)節(jié)，才能成為進(jìn)入市場的新品種。

可以看出，地面擇優(yōu)培育需要長期選擇，設(shè)置有嚴(yán)格的審核標(biāo)準(zhǔn)，只有滿足要求品種才能真正進(jìn)入市場。日常生活中，太空育種食品已經(jīng)非常普遍。正是太空育種足夠安全，能夠提供口感更優(yōu)、生長特征更優(yōu)的種子，從而進(jìn)一步培育優(yōu)質(zhì)的作物。

航天蔬菜示范

結(jié)語：

太空育種是高科技發(fā)展的結(jié)果，在中國航天技術(shù)的快速發(fā)展下，利用太空環(huán)境發(fā)展農(nóng)業(yè)，提供更具優(yōu)勢的產(chǎn)品，更好地為人類服務(wù)，有著重要的意義。未來，將會有更多的種子送上太空，形成新的“寶貝”，為人類生存和發(fā)展提供支持。

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