【认知馆】一粒小草种的“太空之旅”经历了什么？
2021-05-17 12:45
一粒小草种的“太空之旅”经历了什么？
有一天，有一粒紫花苜蓿和一粒燕麦种子上了天，去了一趟太空……这不是童话故事，而是一个科学实验。
2021年年初，嫦娥五号经历“奔月之旅”带回月球土壤，这是我国航天领域迈出的一大步，但同学们可能不知道的是，嫦娥五号除了带回月球土壤以外，还执行了一项特殊的任务，那就是带着来自中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所的紫花苜蓿和燕麦种子进行空间诱变实验。
为什么要将苜蓿和燕麦种子送上太空？它们在这趟太空之行中都经历了些什么？在这里，中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所的科研人员就来给同学们揭秘一下种子们的“太空变形记”。
嫦娥5号搭载燕麦实验室育苗
项目负责人观测嫦娥五号搭载燕麦生长情况
A 一粒小种子，为何有幸踏上太空之旅？
种子被视为农业的“芯片”，在中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所科研人员心中，“一粒小小的种子可以改变一个世界”。但受制于优质牧草品种缺乏、育种技术滞后的影响，我国草种业水平与发达国家相比有很大差距。
苜蓿和燕麦种子的太空之旅，就是一场空间诱变实验，这种航天诱变育种技术是随航天事业发展而衍生的创造新种质资源和新品种的新技术，期望通过航天诱变育种技术拓宽种质资源，突破我国草产业发展“种”的“卡脖子”问题，打破优质草种主要依赖进口的困境，开展种质资源的源头创新。
通过航天育种，可以得到优良新品种。但这并不是中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所第一次将种子送入太空。自2009年以来，神舟八号、十号、十一号、天宫一号、实践十号、新一代载人飞船和嫦娥试验返回舱等太空飞行器，曾先后7次将9类42份牧草种子送入太空。这些经历了太空遨游的种子，在研究所育种专家的精心照料下，已成功培育出国家新品种“中天1号紫花苜蓿”。该品种在形成苜蓿产业化方面具有优质、高产的品种优势，正在北方地区大面积推广种植。
中天1号紫花苜蓿叶片特征
嫦娥五号搭载牧草种子
B 坐嫦娥五号去天空的小种子，经历了什么？
与嫦娥五号同行的种子，经历了与以往完全不同的“太空之旅”，这场“远行”完成了深空空间诱变实验，带来了更大变化的可能。
那么，一粒小种子完成深空空间诱变实验，到底都经历了什么？
原来，空间诱变有三大“宝”，分别是高真空、微重力、空间射线，这三个因素共同作用可以使得种子内部的遗传基因发生变化，种子回到地面后就有可能会“变异”出符合育种家需要的育种材料。
能上天的种子都是“天选之子”，要通过层层选拔。在搭载之前，科研人员要测定发芽率，并逐粒进行人工“精选”，要保证每粒种子都是没有损失并饱满。这次搭载的牧草种子分两类，一个是被誉为“牧草之王”的紫花苜蓿种子8.3克，一个是高海拔地区优质牧草燕麦种子10.0克，它们的主要用途是解决牛羊口粮问题。
深空环境对于生命的影响是一个非常重要的研究课题。种子经历了范艾伦辐射带和太阳黑子爆发，这些空间环境因素可能会对种子变异率和变异幅度产生重大影响，理解这种变化，对下一步探讨物种进化和生命起源具有理论价值。
C 小种子远行归来的使命
搭载只是第一步，结束“太空之旅”回到地面后，种子会被分为三部分：小部分用于早期室内实验，大部分用于大田种植实验，剩下的会作为种质资源保存起来。
要做的第一件事就是取少量的材料，全方位地观察其萌发变化。然后，科研人员要把这些变化与没有上天的种子进行对比，寻找差异及原因。种子出苗后，种到大田里尤为关键，可以观察生长发育总体变化。不过，这一过程很艰辛，需要经过多个遗传世代才能最终把更好的优良性状“固定”下来，用分子生物手段把相关基因克隆，再针对这个基因开展更多育种工作。航天育种是一个“长跑”的过程，覆盖种子多个生命周期。
搭载苜蓿单株
牧草航天育种试验区
小链接
太空变形的新品种
兰州牧药所通过航天诱变育种培育出的国家新品种“中天1号紫花苜蓿”，质优、丰产，多叶率、产草量、营养价值高，适宜在西北内陆绿洲灌区、黄土高原以及华北等相同气候地区种植。经历了太空之旅的“中天1号紫花苜蓿”，以5叶为主（常规苜蓿为3片小叶），叶片越多，产量越高，比对照品种产量高10%以上，粗蛋白质含量也更高，并且含有丰富锌、锰、铁、镁等微量元素，干草产量平均亩产1吨以上，对提高草畜业生产效益和改善生态环境具有重要意义。这个品种目前正在北方地区大面积推广种植。“中天1号紫花苜蓿”已于2018年通过新品种审定，登记为育成品种。
从1987年我国先后利用返回式卫星、神舟飞船开展航天育种搭载实验以来，经过30多年的发展，创制了许多种质资源，通过审定的新品种超过200个，产生的经济效益达2000亿元左右，这些新品种都是“优等生”，有着各自的“闪光点”。
文/图掌上兰州·兰州晨报首席记者夏苗
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