太空农业

太空农业(Space Agriculture)是继地球农业、海洋农业以后，以航天技术为基础，开发利用太空环境资源而开辟的一个崭新的农业领域。其中包括利用卫星或高空气球携带搭载作物种子、微生物菌种、昆虫等样品，在太空宇宙射线、高真空、微重力等特殊条件作用下，诱发染色体畸变，进而导致生物遗传性状的变异，快速有效地选育新品种的空间诱变育种；利用卫星和空间站在太空环境下直接种养生产农产品，用于解决太空人员的食物来源，甚至返销地面以补稀缺。

俄罗斯1997年进行模拟太空蔬菜水培试验，成功地种出“月球生菜”、“宇宙胡萝卜”、“外太空番茄”等。同年俄罗斯农业科学院和国家宇宙局在“和平号”太空站上的太空温室里试种的“太空小麦”又获成功。目前美国、日本的科学家也正在联合攻关，将甘薯种在航天器里，不仅可以补充舱内氧气，而且可供宇航员食用。可见，太空这一无菌、高洁净、高真空、微重力、强辐射的得天独厚的特殊环境，也是食品资源向新领域延伸的一个新舞台。

自1987年以来，我国育种工作者富有独创性地首先开始利用返回式卫星和高空气球搭载农作物种子，进行空间诱变育种研究取得了一批极有价值的研究资料和成果，获得了一些对产量有突破性影响的罕见突变，选育出一些有应用前景的新品系。这一方法的特点是变异幅度变大、有益变异增多、育种周期缩短，如1987年利用高气球搭载的甜椒品种"龙椒二号"，经连续多年混合选择，已培育出果重达250克以上，增产120%的早熟新品系。1987年利用高空气球搭载了粳稻品种"中作59"和"海香"，其M2代在11个性状上均出现广幅的分离，不仅从中获得了产量、品质明显改进的新品系，而且从中选育出能够恢复籼型雄性不育系育性的粳稻恢复基因突变系，这是迄今利用其它手段难以获得的罕见突变，它将对水稻亚种间杂种优势利用产生重大影响，目前已从中选育出10多个综合农艺性状好、恢复力强的恢复系，以其配制的杂种一代优势显著，可望很快应用于生产。1992年利用高空气球搭载的水稻品种"ZR9"，经三年选育，获得早熟、高产、优质的新品系--"航育1号"，亩产最高达700公斤，目前正在进行生产试验和试种，等等。

利用航天技术进行农作物育种工作是一个具有中国特色的新兴研究领域，虽然从总体上来说，目前仍处于起步阶段，但已显示出诱人的前景，和生物技术、核技术农业应用等一样，空间技术育种将成为促进我国粮食增产，缓解粮食压力的一条有效途径。

粮食问题将是一个长期的带有根本性的战略问题，任何时候都不能有丝毫放松。而解决粮食问题必须依靠科技进步也将是长期的带有根本性，航天育种虽然是新生事物，却已显示出其活力和生命力，加上在国际上的优势和特色，应当从我国国情出发，给予必要的扶植和支持，特别是"九五"期间，要在以往工作的基础上，加强总体规划，系统统筹，精心设计，组织农业育种和航天技术两方面的精干技术队伍，基础研究和应用、开发研究相结合，宏观研究和微观研究相结合，高新技术和常规技术相结合，跨部门、跨专业团结协作，进行联合攻关，重点开展地面育种应用和机理研究及模拟试验、搭载设备研制两大方面工作。农业部门和航天部门有合作、有分工，相信在国家计委、科委的支持下，会使这一高新技术尽快地在农业生产中发展大作用，为农业上新台阶，解决我国粮食问题做出新贡献。作为农业主管部门，支持促进农业发展的科技发展，是我们义不容辞的责任，我们将精心组织技术队伍，精诚地和航天部门、航天专家们一起，共同努力，推动航天育种事业的迅速发展。航天育种前途无量！

近年来，世界航天大国的航天业发展趋势是竞相向民用发射倾斜，国际社会在空间领域进行着更广泛的合作。过去，美国与前苏联两家的航天器互为保密封锁，而今天，美国和俄国却成为“伙伴”。对于远征火星，美俄等国科学家已考虑采取联合行动。并一再声称，空间活动将向民用部门倾斜，将转向注重开发周期短，成本低，风险小，有效益的项目。如制造卫星以及利用航天飞机为用户搭载动植物等。

当前，美国正大力开展太空植物研究。在佛罗里达州成立了肯尼迪太空研究中心后，又在北卡罗来纳州大学新近建立了引力生物学中心。科学家将开始研究适于太空旅行的植物。在远距离的太空旅行中，不仅人要适应无引力状态，而且为人提供食物和氧气的植物也是如此。他们选题研究的重点是钙如何影响植物对引力作出反应的能力。在植物对环境反应过程中，钙似乎是最重要的化学元素。研究人员将通过用基因技术让植物控制的能力发生变化，以最终开发出更加适于太空旅行的植物。肯尼迪太空研究中心的一项试验，是让一名化学家与3万株小麦共同生活15天。试验结果表明，这些小麦为人提供了维持生命所需的氧气。

目前，美、日、西欧在制定的21世纪太空计划中，将植物在密封太空舱内的生长和功能列为研究重点，并着手筹建太空农场。美国耗巨资进行太空植物的试验研究，其目的在于提示和充分证明宇宙飞船最终要成为“会飞的农场”。

国内外科学家充分利用空间的自然辐射，特别是高能粒子和微重力对植物细胞功能的协同作用，诱导细胞生理生化变化和遗传变异，从而培育出植物新品种。实验证明，太空飞行可使许多植物细胞的染色体畸变率提高，通过空间诱变处理，能够选育出优良的新品种。

太空育种始于1984年，美国航空航天局教育处、太阳辐射研究中心和Park种子公司三方合作，将大量蕃茄种子运入太空长期飞行器中，1990年由“哥伦比亚号”航天飞机取回。结果表明，这些种子发芽快、幼苗生长正常、后期发育良好、果实丰硕。据悉中国科学院上海植物生理研究所，1995年收割的第4代“太空小麦”和其他良种一样，金**的麦穗上结满了饱满的籽粒。与第3代“太空小麦”相比，它的长势更旺，麦穗更长，结穗更多，麦粒硕大壮实，并有较强的抗赤霉病能力。经测算，亩产可达352千克，比未经太空飞行的多28千克，蛋白质含量高出9%。浙江农科院的专家，历时3年，选育成的“航育1号”水稻新品系，单株理论产量从22.4克增加到32.8克，亩产由原来的400千克上升到600千克左右，增产幅度为40%以上，而且抗倒伏，早熟高产，穗大粒多，精米率高，适口性好。新品种生长期缩短约15天，株高降低约14厘米，并有抗稻瘟病和白叶枯病等优越性。

利用太空所特有的条件，改良植物品种前景广阔，并为加快培育优质高产农作物品种开辟了崭新的途径，也为科学家深入研究提出了新课题。

国内外的太空试验证明，对太空农业来说，与地球上的无土栽培大不一样，植物不能以水滴的形式吸收水分或养分。在失重或仅有一点离心模拟重力的情况下，为防止液体流失，水分必须具备水膜的形态才能被植物吸收。

在太空的特有条件下，筛选何种植物作为它的“宠儿”呢？目前，美国和日本的科学家正在联合攻关，拟将甘薯作为未来的太空作物，种在航天器中，供宇航员食用。甘薯之所以得此宠幸，是因为它营养丰富，含有多种人体需要的营养物质。经测定，每500克甘薯约产生热能635千卡，含蛋白质11.5克，糖14.5克，脂肪1克，磷100毫克，钙90毫克，铁2毫克，胡萝卜素0.5毫克，还含有维生素B1、B2、C等。有很高的药用价值，对于防止便秘和直肠病大有裨益。还含有类似雌性激素的物质，对于保护皮肤、延缓衰老极有利，并能提高免疫力，促进胆固醇排泄，维护动脉血管的弹性。最近，美国生物学家发现，甘薯中富有的一种化学物质可用来预防结肠癌和乳腺癌。日本癌症预防研究所对26万人的饮食生活与癌的关系进行了调查，发现熟、生甘薯对癌的抑制率分别为98.7%和94.4%，高居于蔬菜抗癌之首，超过了人参的抗癌功能。另外，甘薯适应性强，易栽易活，产量高，只需一小段蔓茎，一小块切片，甚至一片萝叶，就能生根成活。种植在航天器内既能补充舱内氧气，形成一个小小的生态循环密闭环境，还能作为宇航员的新鲜食品。

目前，美国航空航天局科学家在佛罗里达州肯尼迪太空研究中心的特殊实验室里，采用液体栽培法，在全封闭的环境下进行土豆生长情况的试验。结果表明，这项试验中的土豆植株产生的氧气足够一名宇航员使用。土豆和甘薯一样还可以为宇航员提供食物和能量。科学家还收集了土豆叶子排出的“纯水”。用它制成饮用水可供4个人食用。

科学家们期望，关于植物对人的基本生命维持系统的研究将会使人类登上火星变成现实。火星之旅预计需要3年时间的长途飞行，但只要种植面积足够，并种上甘薯和土豆等作物，宇航员就可以在飞行中无饥渴之忧而长期生存。

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