21世纪的航天农业

21世纪必将是航天科技飞速发展的世纪，也是航天农业发展的最佳时期。

“空间诱变育”是利用太空所特有的强宇宙射线辐射、高真空、重粒子、微重力、交变磁场等对农作物的诱变作用，从中定向筛选培育出优良新品种。实验表明，经历过太空遨游的农作物种子，在其形态、产量、抗病性、营养成分及细胞遗传等方面大多数都发生了遗传基因突变。返回地面种植后与地面的常规杂交育种方法比较，其明显优势与特点是，多因素综合诱变和有益诱变增多、变异幅度大、稳定快、周期短等，且不仅植株明显增高增粗，果型增大，产量比普通的增长10％—20％，品质大为提高，作物也更加强健，对病虫害的抗逆性特别强，一般的杂交种子，种植两三代就退化了，而太空种子种10代也不会退化。如中科院上海植物生物研究所收割的第4代“太空小麦”的产量和蛋白质含量均超过第3代。

1987年以来，中国航天工业总公司和有关农业部门一起，已8次成功利用返地式卫星、5次利用高空气球先后将工程细胞、藻类、水稻、小麦、芦笋、玉米、大麦、棉花、谷子、大豆、绿豆、豌豆、红小豆、黄瓜、人参、白莲、辣椒等51种作物300多品种及幼苗搭载升空，在科学卫星距地面200—400公里高空飞行5天，气球在30—40公里高空飞行8小时，取得了较好的试验效果。

为什么经过太空“修炼”的种子能产生优秀的后代呢？种子在太空中发生变化的机理又怎样呢？国内外科学家对空间诱变育也由无知逐步认识到空间环境与人类生存的地球环境差异很大，这些特殊条件对进入空间植物材料具有明显诱变作用。虽目前尚无仪器或其他手段准确测定。从现有认识看，是空间微重力环境、强宇宙粒子射线辐射和高真空环境，给植物种子“修炼”提供了十分宝贵的特殊场所，诱变出大量植物的新种类以及繁多的突变体。

美国在佛罗里达州成立了肯尼迪太空研究中心，在北卡罗来纳州大学建立了引力生物学中心，研究适宜于太空旅行的种植作物。肯尼迪太空研究中心的一项试验，是让1名化学家与3万株小麦共同生活了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。设立在日本青森县的环境种子研究所，近年来利用其国内唯一的大型封闭式实验设施，在100天内成功地栽培1熟水稻。这证明，水稻有望种上月球，未来在月球基地上工作的宇航员有望以大米为主食。日本原子能研究所成功培育出一种即使在有强烈的紫外线照射的宇宙空间站也能栽培的植物。该植物名为白葶苈，系经高能碳离子照射后而培育的突变种，该项计划的研究成功，便可在有大量紫外线照射的空间栽培蔬菜。在与地球上同样生长周期内，俄美合作于1996年首次成功地在“和平”号轨道站培育和收获了150多个麦穗的墨西哥小麦等。俄罗斯在太空种植收获的小麦于1999年获得成功，由于乙烯的作用影响，首次种的名为“超矮人”小麦品种没有留下后代，而另选育的抗乙烯能力强的“超矮人”与“帕鲁拉”小麦杂交而成的“顶点”，在太空顺利发芽，生长1个月后开始抽穗，将收获的500颗太空麦粒带回地面，并选择10颗在太空继续进行种植试验，以获得第2、3代太空小麦。生物学家在实验室对太空小麦分析发现，太空小麦的品质与普通小麦没有差别。唯一不理想的是，太空小麦产量比较低，每个麦穗上结的麦粒不多，这可能还是与乙烯的影响有关。

在太空特有条件下，何种作物将成为太空“宠儿”呢？目前，美国、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，种在航空器中，供宇航员食用。甘薯之所以得此宠幸，是因为它营养丰富，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，甚至一片薯叶，就能生根成活，种植在航天器内既能补充舱内氧气，形成了一个小小的生态循环密闭环境，还能供宇航员可生熟吃的新鲜自产食品。美国肯尼迪太空研究中心的特殊实验室里，以水代土种植土豆的液体栽培法的结果表明，土豆植株产生的氧气足够1个宇航员使用。土豆和甘薯一样可为宇航员提供食物和能量。科学家还收集了土豆叶子排放的“纯水”，用它制成饮用水可供4人饮用。

宇航员将来可否能自己动手种植收获作物，加工制作食品，以保证供应在太空生活中的米袋子和菜篮子？人们在空间站长期入住和火星之旅等，只要种植面积足够，种上像上述甘薯、土豆、小麦等作物，不论多长时间的旅行和入住都能保证丰衣足食，长期生存。

太空农耕从1996年开始在俄罗斯宇宙空间站（MIA）就进行有关方面的研究。该研究可使科研人员探索植物在太空特有环境下是如何生长变化的规律。俄罗斯和斯洛伐克科学家联合研制一种植物生长特别容器。目前该容器中茁壮生长着一种新型矮秆小麦。这项研究的目标是了解失重对植物所产生的影响。植物组织的变化可能会揭示在近乎失重的条件下，植物“呼吸”、“喝水”及进行光合作用的奥秘。美国犹他州立大学的农作物科学家布鲁斯·巴格比，正为美国太空研究项目研究一种太空矮秆小麦。因普通小麦秆茎太高，不宜在宇宙飞船上种植。他研究试验的小麦秆茎高仅40厘米。普通小麦从播种到收割至少120天，而他的“矮秆太空小麦”生长期只有60天。这是因为电灯24小时照射“太空小麦”，促使“太空小麦”从来“不睡觉”。研究试验证明，这种转基因小麦产量极高，约为普通小麦的3倍，有可能很适合太空种植。

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发育和功能列为研究重点，并着手正在设计新型太空农场；日、美、俄耗巨资，组织科学家进行太空植物的试验研究，其目的在于揭示和证明宇宙飞船最终要成为“会飞的农场”。