带着种子去旅行!搭载“神舟”上过太空的种子,有的已开始改变我们生活

深度178号

钱江晚报·小时新闻 综合新华社、澎湃、凤凰新闻等

2021年6月17日上午,“神舟十二号”在酒泉卫星发射中心成功发射。航天员聂海胜、刘伯明和汤洪波正奔向太空,即将开启为期3个月的飞行任务,并将成为中国载人航天进入空间站在轨组装建造阶段后的首批太空访客。

飞向太空的飞船除了实现中国人翱翔宇宙的仰望太空之梦,其实还承载着改善我们的生存空间、生活压力和生命向往的方方面面。

自“神舟一号”飞船升空之日起,中国载人航天工程在历次飞行试验中,利用神舟飞船、空间实验室及新一代载人飞船试验船等飞行器,一直在有计划地进行着这样的太空试验。

我们在寻找更加优良的种子。那么,有哪些种子搭载航天器进行了“太空旅行”?完成“太空旅行”后的作物种子,返回地球入土后又发生了哪些神奇变化?

除了培育优良的种子,我们也在试图完成铲除吞噬身体的“恶毒种子”的太空试验。这样的梦想,由多个国家联手合作努力去实现,而中国有幸搭建了其中的平台——中国空间站。

神舟飞船升空,正在改变或将改变我们的生活。

多项航天育种,经济规模超2000亿

高等植物培养实验室模拟图。

中国的航天育种始于上世纪80年代。最初搭载种子的目的是为了探测太空环境对植物遗传的影响。研究表明,这些上天的种子发生了一系列出人意料的变化,比如,经历空间环境的萝卜种子幼苗茁壮,搭载上天的大蒜种子长出的蒜头重达150克。

中国载人航天工程自立项实施以来,中国载人航天工程办公室相继策划实施了一系列航天育种实验项目。自1999年“神舟一号”飞行任务开始至今,利用载人航天的独特优势以及载人飞行器的资源余量,组织开展了累计百余种、5000多份作物种子和植物材料的空间搭载诱变实验。除了农作物、林木育种领域,还搭载了空间生物类实验载荷,开展高等植物空间环境生长发育等空间生物学研究。

多年来,航天育种在中国粮食安全和生态环境建设等诸多领域做出了重要贡献,培育的小麦、水稻、玉米、南瓜、大豆、棉花和番茄、辣椒等园艺作物新品种,累计种植推广面积超过240万公顷。据估算,经过多年的地面选育和科学研究,截至目前,共有超过200种航天育种新品种通过国家及省部级评审航天育种,创造直接经济规模超过2000亿元,成为快速培育作物优良品种的有效途径之一。

30多年研究应用,成果惠及百姓生活

航天育种是航天技术、生物技术与农业育种技术相结合的育种新途径。利用航天器搭载生物材料在宇宙高能粒子辐射、微重力等空间环境因素的复合作用下,空间诱变产生基因组水平上的变异,返回地面后经过至少4代地面选育,筛选出携带新性状的新材料、新种质,最终培育出遗传稳定、品质优良的新品系、新品种。

“神舟十一号”发射升空时,利用太空环境培育全新芒果品种就是其中的一项科学试验任务。当时,带上天的不是常见的芒果种子,而是携带着优秀芒果基因的芒果种胚细胞。随后,由“神舟十一号”载人飞船带入太空的芒果幼胚细胞在科研人员的精心培育下,已成活并且开始生长出全新的组织。这是世界首次进行芒果的太空育种试验。

经过30多年的研究和应用,航天育种的成果已经悄然融入到老百姓生活的方方面面。这项技术不仅推动了农作物的改良,还将被应用在食品加工、酒类酿造、生物制药、石油开采等诸多方向,产生突出的经济效益。

根据中国载人航天工程的计划安排,中国空间站预计在2022年前后建造完成并投入在轨运营。未来,航天员将长期在轨驻留开展科学实验研究和技术试验。空间站作为国家级太空实验室,能为更多领域的科学家开展空间科学研究提供更多更好的实验条件和机会,包括航天育种在内的各类研究成果必将更多地惠及普通百姓生活。

“中天1号紫花苜蓿”,全国推广25万亩以上

紫花苜蓿和燕麦种子实验材料。

自2009年以来,兰州牧药所抗逆牧草育种与利用团队瞄准航天育种新领域、新手段、新方法,先后通过“神舟八号”、“神舟十号”、“神舟十一号”、“天宫一号”、新一代载人飞船和嫦娥试验返回舱等太空飞行器,先后7次将9类38份牧草种子送入太空。

经过“神舟三号”飞船搭载选育的“中天1号紫花苜蓿”草种就是其中一例。2018年成功培育出的国家新品种“中天1号紫花苜蓿”,就是由兰州牧药所育种家自主创新并利用航天诱变技术培育而成。

“中天1号紫花苜蓿”物种优质、丰产性状突出,干草国家区域试验每亩最高达1789.9公斤,粗蛋白质含量平均为20.8%,达到了中国苜蓿干草捆分级国家一级标准,有效解决了国内优质高产品种少、国外引进品种退化快等问题。

中国的牧草航天育种目前已经成功培育出的“中天1号紫花苜蓿”、“农菁14号紫花苜蓿”等国家级、省部级牧草品种,推进了草类植物太空育种研究发展,已在全国推广种植25万亩以上。

与此同时,兰州牧药所团队开展的苜蓿、燕麦和红三叶等牧草航天育种试验研究,目前也进展顺利。

番茄、水稻、拟南芥,未来计划推广到太空生活

太空生长盒。

2011年,“神舟八号”飞行任务组织开展“番茄试管苗空间开花结实”实验,共搭载8株番茄蓓蕾,实现了空间环境下植物开花结果,验证了高等植物在空间环境下的开花结实的可行性。

2016年发射的“天宫二号”空间实验室搭载开展了高等植物培养实验,这是中国首次进行的“从种子到种子”空间植物全生命周期培养实验。

航天员在太空主要种植水稻、拟南芥等植物,以检测空间微重力对生命活动的影响。在太空环境下首次获得拟南芥开花基因启动子控制的绿色荧光蛋白实时图像,为未来建立以植物为基础的空间生命生态系统提供了有益借鉴。

为何选择水稻和拟南芥?按照中科院上海生科院植物生理生态研究院高等植物专家的说法,拟南芥和水稻是两种具有代表性、典型的受到光周期调控的植物。“目前对于拟南芥生产发育和基因表达情况非常清楚,如果在空间生长过程中发生变化,很容易识别。水稻是中国人的主要食物来源,希望在未来可以推广到太空生活中”。

“太空肿瘤”,列入中国空间站首批计划

中国空间站模拟图。

2016年3月,中国载人航天工程办公室与联合国外空司签署《利用中国空间站开展国际合作谅解备忘录》,围绕中国空间站空间科学试验与应用等方面,与世界各国开展合作。“太空肿瘤”为首批入选的来自17个国家、23个实体的9个项目之一。计划于2022年由中国建成的新国际空间站实施。这个与癌症有关的实验项目,由挪威科技大学、法国国际航天大学,以及荷兰和比利时研究机构共同提出的“太空肿瘤研究项目”。

全称为《太空肿瘤:来自个体内健康和肿瘤组织的3D类器官培养物由于空间条件导致的早期突变特征研究》项目,将研究微重力和宇宙辐射在肿瘤生长和发育中的作用。

这个太空癌症实验,将基于被称为类器官的三维的癌细胞。

挪威科学技术大学医学与健康科学学院的研究主管特莉西亚·拉罗斯(Tricia Larose)说:“我们的计划是,将来自同一人的健康组织和癌症组织的3D干细胞类器官发送到太空。我们将研究突变,并研究失重和宇宙射线对细胞DNA的影响。”

这是被送上太空的滤泡甲状腺细胞。这些癌细胞将在国际空间站的微重力环境中进行研究。

此前,人类在太空中展开的癌症研究使用的是更简单的2D细胞,3D干细胞更接近其自然形状,并且具有模仿它们所创建的器官的特征,无疑将为研究人员提供更好的信息。

拉罗斯的假设是,先前对2D细胞的研究表明,失重会对与肿瘤发展有关的基因表达产生影响。因此如果不受重力影响,癌症类器官的生长将减慢或停止。

与此同时,癌细胞中的突变可能会在细胞DNA中留下一种突变特征。这在此前从未被研究过,甚至这个概念就未曾被提出过。她的理论是,由于重力作用,癌细胞中存在一些未知的“噪音”,健康细胞和癌症细胞都受重力影响,因此研究人员应该能够在所有细胞的突变特种中检测到这一点。

这次入选中外合作的“太空肿瘤”项目将对癌症病因的理解产生重大科学影响,并为癌症的预防和治疗提供新的视角。

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神舟飞船!

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