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將受到太空輻射的種子用于生物學(xué)和遺傳學(xué)研究,以加強(qiáng)糧食安全

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擬南芥是一種因其獨(dú)一無(wú)二的特性而常常被用于基因?qū)嶒?yàn)的一種植物,而高粱則是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的谷物,既可用作人類(lèi)食物和動(dòng)物飼料,也可用于乙醇生產(chǎn)。這兩種植物的種子正處于國(guó)際空間站內(nèi)外,將在太空普遍存在的條件(主要是微重力、宇宙輻射和極端低溫的復(fù)雜混合條件)下保存約三個(gè)月。(圖片來(lái)源: 美國(guó)國(guó)家航空航天局、 Nanoracks、原子能機(jī)構(gòu))

去年11月發(fā)射到太空的種子現(xiàn)已放置在國(guó)際空間站內(nèi)外,暴露在全方位宇宙輻射和太空極端溫度下。

這項(xiàng)天體植物學(xué)研究由原子能機(jī)構(gòu)和聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(糧農(nóng)組織)通過(guò)其糧農(nóng)組織/原子能機(jī)構(gòu)糧農(nóng)核技術(shù)聯(lián)合中心開(kāi)展,旨在探索宇宙輻射對(duì)種子的影響,作為正在進(jìn)行的改良作物品種以抵御氣候變化影響和增強(qiáng)全球糧食安全研究的一部分。研究目的是確定惡劣的太空條件(如極端溫度和宇宙輻射)是否會(huì)引起種子的進(jìn)化式變化,進(jìn)而確定這些變化是否有助于植物更好地適應(yīng)地球上越來(lái)越嚴(yán)峻的生長(zhǎng)條件。

國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)核科學(xué)和應(yīng)用部的副總干事納賈特·穆赫塔爾說(shuō):“我們有責(zé)任探索可能對(duì)人類(lèi)健康和食品供應(yīng)產(chǎn)生積極影響的核技術(shù)。隨著世界努力適應(yīng)氣候變化的后果,我們需要加快植物育種研究,找到具有成本效益的適當(dāng)解決方案?!?/p>

2022年11月7日,擬南芥和高粱種子作為前往國(guó)際空間站的CRS2 NG-18任務(wù)載貨量的一部分,從美國(guó)弗吉尼亞州國(guó)家航空航天局的瓦勒普斯飛行設(shè)施發(fā)射到太空。12月13日,一半種子被轉(zhuǎn)移到國(guó)際空間站Nanoracks外部平臺(tái)。另一半放置在國(guó)際空間站內(nèi)進(jìn)行比較,主要暴露在微重力和一定程度的輻射下。

糧農(nóng)組織副總干事瑪麗亞·海倫娜·塞梅多說(shuō):“最易受氣候變化影響的小農(nóng)糧食生產(chǎn)者迫切需要?jiǎng)?chuàng)新研究與開(kāi)發(fā)。日益嚴(yán)酷的生長(zhǎng)條件威脅著糧食生產(chǎn),我們希望空間科學(xué)將通過(guò)促進(jìn)開(kāi)發(fā)適應(yīng)性強(qiáng)、營(yíng)養(yǎng)豐富的作物品種來(lái)幫助改變這種狀況。”

隨著世界努力適應(yīng)氣候變化的后果,我們需要加快植物育種研究,以找到具有成本效益的適當(dāng)解決方案。
納賈特·穆赫塔爾,負(fù)責(zé)核科學(xué)和應(yīng)用部的副總干事

植物育種中的宇宙輻射

因暴露于環(huán)境中不同條件而產(chǎn)生的自發(fā)突變是所有生物體進(jìn)化的基礎(chǔ),原子能機(jī)構(gòu)和糧農(nóng)組織長(zhǎng)期以來(lái)一直通過(guò)糧農(nóng)組織/原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合中心,支持各國(guó)通過(guò)輻射誘變技術(shù)尋找具有理想性狀的新作物品種,改善糧食和營(yíng)養(yǎng)安全,增加農(nóng)民收入。

之所以選擇擬南芥和高粱種子進(jìn)行研究是因?yàn)槎咭延写罅窟z傳知識(shí)可供分析和比較。擬南芥已被植物學(xué)家和遺傳學(xué)家廣泛研究,而高粱是一種半干旱熱帶地區(qū)作物,是許多發(fā)展中國(guó)家種植的糧食作物。

近60年來(lái),位于奧地利維也納的糧農(nóng)組織/原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合中心一直在利用輻射加快植物育種研究,以開(kāi)發(fā)新的農(nóng)作物品種。在植物農(nóng)業(yè)的歷史上,自然選擇或進(jìn)化育種(也稱(chēng)為突變育種)一直是作物馴化和植物育種的驅(qū)動(dòng)因素,使植物的基因適應(yīng)其不斷變化的環(huán)境,實(shí)現(xiàn)作物改良。迄今為止,輻射誘發(fā)遺傳性變異和突變育種已為210多個(gè)植物物種開(kāi)發(fā)了超過(guò)3400個(gè)新品種——包括70個(gè)國(guó)家的農(nóng)民種植的眾多糧食作物、觀(guān)賞植物和樹(shù)木。

原子能機(jī)構(gòu)的突變體品種數(shù)據(jù)庫(kù)載列了各國(guó)自愿提供的新品種。約有一半條目由中國(guó)、日本、印度和俄羅斯提供。

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利用宇宙輻射開(kāi)發(fā)的小麥突變品種“魯原502”(圖片:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院)。

當(dāng)種子從太空返回時(shí)(目前預(yù)計(jì)在2023年4月),將在糧農(nóng)組織/原子能機(jī)構(gòu)聯(lián)合中心管理的塞伯斯多夫原子能機(jī)構(gòu)溫室和實(shí)驗(yàn)室中發(fā)芽生長(zhǎng),以便研究其DNA結(jié)構(gòu)變異和生物效應(yīng)。 ?這些分析將有助于了解宇宙輻射和太空條件是否會(huì)產(chǎn)生對(duì)作物改良具有獨(dú)特價(jià)值的影響,從而可能讓地球上的人們受益。 ?

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