航天技术催熟太空农业

　　随着我国航天技术的不断进步，继物理农业、化学农业、生态农业、生物农业之后，太空农业作为崭新的农业领域，再一次被提升到显著的位置。利用航天技术发展农业，是当今世界农业领域中最尖端的科学技术课题之一，有着十分诱人的广阔发展前景。

　　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。

　　甘肃省天水农业高新技术示范园区是我国西部第一个航天育种基地，在这里落户的许多农作物的种子都曾在太空“遨游”过。近日，该园区培育的多个“航天菜”通过了国家级专家鉴定。

　　科技开路：太空农业发展阶段及技术支撑

　　“地-空”农业阶段：由地球农业发展而来的太空农业，在相当长时期不可能脱离开地球的根基，这就必然存在“地-空”农业阶段。这个阶段主要包括空间遥感监控地球农业和空间诱变育种两方面。

　　空间遥感监控地球农业。这个阶段主要是利用航天器（卫星）的高位置优势，通过安装在地球资源卫星和气象卫星两大系统上的电视摄像机、扫描仪、红外辐射计等仪器来收集地球表面有关农业的反射光波、热辐射、微波等信息，再对所收集的信息进行自动化初步加工，用计算程序分析资料的结果来指导农业生产。其技术支撑是“3S”技术，即遥感（RS）、全球定位系统（GPS）和地理信息系统（GIS）。

　　空间诱变育种。利用高空气球和返回式卫星搭载植物种子、微生物菌种、昆虫样本，进行空间诱变处理，是近十几年发展起来的一种新的诱变方法。与常规育种方法相比，空间诱变具有两个显著特点：变异范围广，有利突变频率高，能为选育优良种质提供丰富的遗传资源；变异易稳定。近年来空间技术应用于作物育种而形成的航天育种，已经在地面选育出很多新种质、新材料。

　　特殊的空间环境对生物体有强大的诱变力和良好的诱变效果。经处理样品的性状产生广谱性分离，其变异度大，变异频率高，有益和特异性状的变异频率亦较高，且较易稳定遗传。利用体积小、重量轻、包装简单、便于搭载的种子、菌种等生物材料，进行空间诱变育种，是培育生物新品种（系）的有效途径，不但在经济上具有重要意义，而且在探索空间条件对生物体影响的机理和为人类开拓利用空间资源等方面均具有重要的理论、实际意义和广阔的应用前景。
大量的研究和生产实践表明，理化诱变技术在创造农作物优异新种质、解决育种中的一些特殊问题、培育新品种等方面起了很大的作用。

　　综上所述，通过卫星或高空气球搭载，利用高空环境所具有的特殊条件，对种子进行高空诱变，获得了比目前常用各种理化诱变因素所产生的变异幅度更宽和更丰富的变异谱，从而为各种育种目标提供更丰富的选择材料和种质。

　　空间条件是地面任何诱变条件无法比拟的，空间特殊环境对种子的影响是强烈的、深刻的、全面的。空间诱变具有变异幅度大、有益变异多、稳定快的特点。因此，空间条件比常规的诱变条件对植物。微生物更有良好的诱变效果。而且植物种子和微生物菌种又具有重量轻、体积小、包装简便、易于搭载等特点。种子搭载后不仅在育种上有重要意义，而且可以探索空间条件对生物影响的机理，为人类开拓空间资源提供依据，为宇航员飞行提供生活方面的保证。因此利用返地卫星搭载生物材料具有更重要的理论和实践意义，具有广泛的应用前景。

　　太空生产阶段：这个阶段指的是利用卫星和空间站在太空环境下直接种植农作物。太空生产的农产品一部分用来解决太空工作人员的食物来源问题，一部分返销地球解决人类未来缺乏食物的危机。

　　太空农业与地球上的无土栽培不一样，植物不能以小滴的形式吸收水分或养分。在失重的情况下，为防止液体流失，水分必须以水膜的形式才能被植物吸收。目前美国和日本的科学家正在联合攻关，将甘薯种在航天器中。甘薯营养丰富，易栽易活，又能补充舱内氧气，形成一个小小的生态循环密闭环境，还能让字航员吃到新鲜食品。

　　目前，太空农业生产还处在试验阶段。美国、前苏联等发达国家科学研究人员在空间站和模拟太空环境的实验室里已培植出小麦、莴苣、番茄等农产品。

经过航天育种的佛手茄

　　硕果累累：11次航天育种搭载试验产生近1200个品种

　　据中国宇航协会有关统计显示，我国利用自己研制的返回式卫星和神舟号飞船育种搭载试验的品种共有近1200个，许多品种已经广泛推广，产生了良好的经济效益，可口的太空茄子、黄瓜、番茄，已经摆上寻常百姓的餐桌。

　　自1987年以来，我国共进行了11次航天育种搭载试验，其中利用返回式卫星试验品种998个，利用神舟号飞船试验品种200多个。试验品种包括粮食作物、油料作物、蔬菜、花卉、草类、菌类、经济昆虫等，其中粮油作物占47%，蔬菜作物占18%，其余为草类、花卉、菌类等品种。

　　航天育种是利用太空的物理环境作为诱变因子，使生物产生遗传性变异。大量的太空试验表明，航天诱变育种具有变异频率高、变异幅度大、有益变异多、变异稳定、变异快等诸多优点。变异主要表现为营养成分变异、抗病变异、抗旱变异、果形变异、粒形变异等，据试验统计，航天育种变异率可达4%以上。我国已经试验成功的农作物变异有油菜角果变异、红小豆角果变异、白莲莲蓬变异、黄瓜果形变异、小麦生育期变异等。

　　我国航天育种试验可利用的变异品种达到40%，目前已培育出50多个新品种，正在培育的品种达200多个。

两支分别重达2公斤的“太空黄瓜”，这种“太空黄瓜”亩产高达1.5万公斤，比普通黄瓜高出1倍以上。

　　全景扫描：太空农业动态

　　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。而美国和日本的科学家联合攻关，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。

　　有幸搭乘卫星邀游太空的种子，经受空间环境的影响返回地面后，再经过专家对其进行培育、研究、筛选，育成了一批高产、优质、多抗的粮食作物、蔬菜作物、经济作物、观赏植物与药用植物的新品系、新品种。用它们生产的农产品，不仅高产、优质、早熟，而且口感好。例如“87-2甜椒”，单个重量可达300-400克，产量超过普通青椒的25％-30％，同时，病情指数下降55％，维生素C含量大大提高，口感好，耐储存；“太空樱桃番茄”，含糖量高达13％，与柑桔含糖量相当，口感鲜甜，可当水果食用；“太空玉米”则可长出5种颜色，味道也比普通玉米好；水稻已获得株高、分蘖力、穗型、生长期等有益变异株。获得了比原品种增产20％左右的高产优质品系；小麦已获得矮杆、早熟、抗病、高产的太空1号、太空2号品种，平均亩产比原品种增产9％左右。

　　总之，太空育种技术开辟了有效培育新品种及特异种质资源的新途径，为人类进入太空农业时代展示了美好的前景；上天：“修炼”回到“尘世”的太空种子，具有十分广阔的市场，必将洒播广袤的大地，生产出更多更好的太空食品，给人类带来无限的福音！

　　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。

　　前景广阔：太空农业引领农业潮流

　　那么，到底太空农业有什么好？为什么太空农业如此吸引着人类的研究兴趣，而且人类已经将太空农业作为未来农业的发展趋势？

　　经专家研究分析，经过太空中超真空、微重力及宇宙射线等地面不可模拟的环境变化，种子就会发生变异，这样的种子再经过培育，最终形成的新品种具有优于原来品种的许多地方。

　　首先，太空育种能获得更优秀的农作物品中。比如，研究人员对太空水稻的培育和检测发现，水稻上表现出早熟、抗病、穗大粒多等优良性状；云南搭载的太空烟叶可最终选育出优质、易烤、保持具有云南特有香型风格的多抗赤星病、黑胫病、白粉病、普通花叶病等云南烟区主要病害的烤烟新品种经济价值高的农作物品种；太空蔬菜培育的二代、三代已经表现出高产、抗病、高维生素含量等特性；太空花卉普遍在花期、花型、株型、颜色等方面发生了变化。有的花期变长，有的缩短，原来紫色的花，能成为白色、红色。

　　人类的最终目的是要利用这些新品种带来的特殊价值。一般来讲，各地搭载的种子都是选择当地增值效益高、有当地特色，并可以大面积种植的品种。获得优良品种后，达到产业化就会对当地的农业经济有直接而显著的促进作用。
此外，培育出的特殊品种也会有特殊的使用价值。比如，中科院遗传与发育生物学研究所在北京培育的紫花苜蓿、沙米、红豆草、冰草匍匐，四种草具有超常的抗寒抗旱性能。尤其是紫花苜蓿还有较高的蛋白质含量，能像韭菜一样，一茬一茬地割，与未经搭载的对照株相比，它的存活期变长了，而且不易枯萎。据介绍，专家们将继续对呈现变异特征的太空“草民”进行筛选和接种，一旦它们的变异特征稳定下来，将被大面积种植在我国西部地区及北京周边，用来防止草地荒漠化，堵截沙尘暴。

　　优质的太空品种也将具有可观的市场价格。据悉，美国的太空番茄比优质苹果还贵。

　　其次，太空育种可以缩短育种周期。据专家介绍，正常的农业育种一般需要8年时间，太空育种可以缩短一半的时间。但从太空搭载回来以后，在地面必须要种植四代，才可以选育出性能稳定的品种。

相关链接一：太空农业

　　太空农业(Space Agriculture)是以航天技术为基础，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。

相关链接二：航天育种技术

　　它是将农作物的种子、组织、器官或者生命个体搭载于卫星、太空飞船等返回式航天器，借助太空超真空、微重力及宇宙射线等地面不可模拟的环境变化，使种子发生变异，再经过地面至少4代选育获得稳定的遗传性状，从而培育出新的农业品种来。航天育种技术对于航天、生物、农业技术三项要求缺一不可。

　　航天育种技术是农作物诱变育种的新兴领域和重要手段，可以加速农作物新种质资源的塑造和突破性优良品种的选育。航天育种技术的特点是：有益变异多、变幅大、稳定快，因而可以培育出高产、优质、早熟、抗病性好的优良新品种。

相关链接三：农业领域扫描

生态农业

　　生态农业在吸收现代高新技术的基础上，逐步建立“人-技-物”相匹配，科技、推广、生产、消费环环紧扣的运行机制，把农业各种持继性要素组合为综合网络体系，充分利用平面与立体，时间与窨，实行资源全方位集约开发，巧妙利用各类农作物在生产过程中的空间差距和时间差，进行错落组合，综合搭配，构成多层次、多功能、多途径的高效生产系统，避免或最大限度地养活对农业资源的污染，使用权农业在良好的生态环境中得到持续发展。

生物农业

　　21世纪是生命科学的世纪，医药和农业这两大传统的生命科学领域因生物工程技术的发展而处于新的产业革命的前沿。在生物技术产业化前20年的发展过程中，由于60％－80％的生物技术研究和应用主要集中在医药领域，因此医药生物技术的产业化被称为是生物技术产业化的第一次浪潮；近10年来农业领域的应用和产业化成为新的研究和投资热点，转基因农业生物技术产业化被称为是生物技术产业化的第二次浪潮。

物理农业

　　物理农业是物理技术和农业生产的有机结合，是将电、磁、声、光、热、核等物理学知识和高新技术应用在农业生产中，用特定的技术方法处理农作物，达到增产、优质、抗病和高效的目的。物理农业有利于保护生态环境，有益于人体健康和农业可持续发展，经济效益、社会效益非常显著，是一种新兴的农业生产技术。

精确农业

　　精确农业是将遥感、地理信息系统、全球定位系统、计算机技术、通信和网络技术、自动化技术等高科技与地理学农业、生态学、植物生理学、土壤学等基础学科有机地结合，实现农业生产全过程中对农作物、土地、土壤从宏观到微观的实时监测，以实现对农作物生长、发育状况、病虫害、水肥状况以及相应的环境状况进行定期信息获取和动态分析、通过诊断和决策，制定实施计划，并在GPS和GIS集成系统下进行田间作业的信息化现代农业。