您当前的位置: 首页 >  博客资讯

太空辐射能让人基因突变甚至死亡,为什么还能让植物种子变高产?

神舟十二飞船以惊人的精度降落于东风着陆场,任务以航天员安全返回完美收官,但神舟十二的任务后续并没有完结,因为随航天员返回的还有一部分经过太空洗礼的种子,现在已经发芽。

为何去太空走一圈,种子就会变得高产

太空育种也称航天育种,算是辐射育种的一个途径,最早开始于1927年,当时的Muller用X射线处理果蝇精子,证明X射线可以诱发突变,显著地提高突变率!后来植物界就开始了人工诱变育种的研究,即利用物理诱因诱发植物变异,在较短的时间内获取有价值的突变体!

比如利用电离辐射处理植物种子,比如X射线、紫外线、中子及质子的照射,人工诱发植物种子的变异。自然界的植物种子也在逐渐变异,但变异速度很慢,几十年甚至几百年才会出现比较明显的突变,而人工条件诱发则可以将突变周期缩短到一个种植季,也就是说植物经过一次辐射后就会产生变异。

其原理倒也不复杂,植物种子的特性由其DNA决定的,经过辐射后的种子内部DNA发生断裂,使其位置、结构和基因分子发生变化,处理后的中子发芽后其特性就有可能发生大幅度的改变。

从理论上来看植物种子突变是随机的,那么又如何让其向抗病性强,优质高产方向突变呢?答案是没有办法!不过科学家可以使用筛选的方式,将大量植物种子中将突变优秀的个体留下来,比如高大植株、高产植株、营养水平高的植株等等,然后将这些优势品种再进行杂交、回交等产生综合性非常优秀的新品种。

辐射育种与太空育种究竟有什么区别?

辐射环境在地面上可以制造,这也是Muller在1927年就已经发现的原因,既然太空育种也是辐射,那么两者究竟有什么不一样呢?答案是高真空以及高能量辐射,因为宇宙空间没有大气,高能射线可以毫无阻挡进入植物种子,更高能量的中子、质子以及伽马射线等可能会导致植物更大的变异。

当然变化和辐射育种也一样,方向是随机的,同样太空育种也不一定适合所有种子,比如小麦、玉米、棉花、向日葵、大豆、黄瓜、番茄的活力和发芽率都有所提高,但是水稻、谷子、豌豆、青椒、烟草等种子则没有明显差异。另外,高粱、西瓜、茄子和萝卜发芽率反而有所降低,高粱甚至生育期推迟。

神舟十二带回来的种子突变了吗?答案是还不知道,毕竟突变体要发芽一代后才能了解到到底是否出现了变异,比如发芽率很快就可以见到,而植株高大与抗病率不久后也能见到,但结果如何,估计就得数月甚至大半年或者更久,当然太空育种我们已经有相当不错的经验,比如:

神舟飞船每次飞行都会携带种子,比如神舟五号带了1公斤种子,神舟七号带了87种蔬菜种子等等,截止到2018年,我国通过太空育种的农作物,推广种植面积已经累计超过240万公顷,粮食增产约13亿公斤,所创造的经济效益超过2000亿人民币。

所以神十二带回来的种子,也是满满的希望所在!

植物育种的杂交与回交,究竟是怎么回事?

植物育种是个非常庞大的话题,作为以农耕为本的的人类文明来说非常重要,有必要简单了解下育种到底是个什么样的过程。

育种与突变,究竟是什么关系?

无论是植物还是动物,在漫长的演化过程中都在突变,只是在自然状态下的突变是没有方向的,当然这没有关系,因为大自然会淘汰掉那些不适合环境的突变体,所以我们将这种生物的突变的技能称之为进化!

但必须要说明的是,无论是植物还是动物的“进化”都是没有方向的,是自然界的因素淘汰不适合环境的突变,因此所谓的“进化”并不一定能使动植物变得更大更强壮,但基本都是朝着更适应环境的方向发展,而原因很简单,不适应环境的都挂了。

所以早期的育种都是将那些自然界比较优秀的种子留种,或者使用扦插嫁接技术让那些使用了种子后会变异的优势物种保留,而那些不适合扦插嫁接的禾本植物就只能保留种子一条道路了(某些瓜果类也有使用嫁接的)。

人工参与优选有多重要?

自然突变方向是适应环境,但人类参与后就不一样了,比如西瓜这个案例!数千年的发展只是一个果实小,籽粒大的,瓜瓤红白相间的结果,但人类参与后,短短几百年,都已经种出了皮薄、瓜瓤沙,微甜,个大甚至无籽的西瓜,是不是很神奇?

意大利画家Giovanni Stanchi所绘的静物油画作品,包含了西瓜、桃、梨等食物

现代西瓜

但是自然界的突变非常漫长,几年甚至几十年才一次,怎么办?杂交育种,将各个亲缘比较接近的植物种子杂交,选出优势物种,但杂交是一个非常复杂的“数学”过程,比如各个杂交种可能只体现了某个特性,无法同时保持,那么怎么办?

因此就出现了所谓的回交,植物界的回交并不如各位想象的那么龌龊,而是和亲本父系或者亲本母系回交,对于植物如此庞大的种群来说,这个亲本父系或者母系是同代的,只是从杂交系代判定上存在差异,所以各位无需过多联想。

但宠物的杂交与回交可能存在很严重的伦理问题,比如某些特殊的杂交突变体可能存在唯一性,其母系或者父系带了唯一(或者极罕见的)的隐性基因,那么此时超越伦理的回交就产生过了,所以各位养宠物的朋友要注意了,你们的宠物或多或少存在这样的问题。

无论是地面辐射育种还是太空育种,又或作地面植物的杂交,最后的杂交与回交几乎是不可避免的,因为你不可能运气那么好,一次突变就跑出所有优势,其工作量远超想象,所以你可以想象一下搞出一代又一代高产杂交水稻的袁老工作是多么优秀,他值得我们所有人怀念。

延伸阅读:人会被辐射变种吗?

一个非常有趣的问题,对于植物来说,我们需要存在突变体的变种,无方向的突变可以大幅度筛选后剩下优势突变体,但人类可不能这样操作,不存在淘汰其他突变体的行为,因为这是反人类罪行。

所以对于人类来说我们不需要突变,当然大剂量辐射还能直接导致病变,因此我们只要保持现状健康的身体即可,因此在太空飞行时飞船需要强大的辐射屏蔽,以将宇航员接受的辐射保持在阈值之下,NASA就曾在双胞胎宇航员斯科特・凯利身上做过研究,结果发现大部分突变能自我修复,但仍有部分暂时无法修复,有的则可能是永久性改变。

不过无需恐慌的是斯科特・凯利在地面上的兄弟身上也有部分基因发生了突变,简单的说就是人体本身也在发生着一些变化,有的突变是没有什么影响的,但有的后果却很严重,因为癌细胞就是这样突变而来的。