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天选之种生长记——那些上过太空的新疆牧草种子“回家”后

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转自:新疆网原创

核心提示:那些乘神舟遨游太空的新疆牧草种子,后来怎样了?

在实验室里,国家绒毛用羊产业技术体系首席科学家郑文新研究员(中间)观察繁育的牧草幼苗。(魏鹏提供)

那些乘神舟遨游太空的新疆牧草种子,后来怎样了?

2022年12月4日20时09分,载有3名航天员的神舟十四号载人飞船返回舱落地完成开舱。在太空“旅游”183天之久,一批特殊“乘客”也结束“旅程”顺利出舱,这其中就有来自新疆畜牧科学院选送的牧草种子,并借此机会进行了“耐盐碱耐寒耐旱牧草”空间搭载实验。

依托航天育种产业创新联盟,此次新疆畜牧科学院选送了骆驼刺、伊犁绢蒿、心叶驼绒藜和新草1号苏丹草牧草种子4份,共计260.5克。

4月24日,是中国航天日。在这样一个特殊的日子里,我们邀请国家绒毛用羊产业技术体系首席科学家郑文新研究员、新疆畜牧科学院草业研究所魏鹏博士,讲述这些曾在太空遨游的新疆牧草种子“回家”后都经历了哪些奇妙的变化。

90天精心培育,静待种苗发新芽

返回地面后,经过一系列“体检”,作为航天诱变材料搭乘“神舟”上“天宫”的骆驼刺、伊犁绢蒿、心叶驼绒藜和新草1号苏丹草4种牧草种子,于2023年4月底,被新疆畜牧科技工作者迎“回家”。

这是新疆畜牧业首次送牧草种子上太空,也是新疆畜牧科技工作者首次开展太空育种实验,饱含着党和国家对新疆畜牧科技发展的殷切期望,饱含着中国航天对新疆人民的深情厚谊。当这些种子“回家”后,畜牧科技工作者将开展诱变种质鉴定与评价等相关实验。

自当年5月11日起,新疆畜牧科技工作者做的一件事就是连续90天“泡”在实验室,开展骆驼刺、伊犁绢蒿、心叶驼绒藜和新草1号苏丹草种子的航天诱变种质性状鉴定和评价,由于这些牧草种子太过珍贵,担心直接在大田种植会有折损,故先在实验室育苗盘育苗,之后完成大田移栽,以免“浪费一粒种子”。

在种子进入太空前,新疆畜牧科技工作者在地面实验室同步保存一份和它们一模一样的“兄弟”种子。它们一份随神舟十四号载人飞船进行太空搭载,命名为搭载组(TK);另一份留作地面对照,-20℃低温储存,命名为对照组(CK),开展对返地诱变种子的种质性状鉴定和评价,主要开展的实验有诱变种子发芽率、发芽势、发芽指数、根芽比测定。

守护种子发芽和成长,是一个漫长的过程。

种子萌发实验采用纸质发芽床,在室内光照培养箱内进行。畜牧科技工作者精心挑选出骆驼刺、心叶驼绒藜、新草1号苏丹草3种牧草种子各30粒,以及伊犁绢蒿50粒。由于骆驼刺种子有坚硬的种皮,需要用砂纸打磨去除种皮,再在80℃热水浸泡24小时,预处理后才能进行相关实验。

种子播种后,畜牧科技工作者每天定时观察,每隔5小时更换1次无菌滤纸,及时清理污染发霉的种子,并记录种子发芽情况。待种子发芽完毕后量取根长、芽长进行对比,测定鲜重、干重进行对比。

经过90多天的精心培育,实验室里的种苗长到约10厘米高,温室的一排排架子上,满眼绿油油,一派生机。

对于航天诱变育种来说,搭载飞行器的类型不同、在太空中停留时间长短不同,都会对种子产生不同的诱变效应。

这些种子在“旅行”过程中,高真空、微重力和空间射线会对它们进行共同作用,使种子的遗传基因悄悄发生变化。

此次这些种子在太空停留183天,意味着这些种子或许能够培育出更多的优良变异单株,带来一些令人惊喜的变化。

与对照野生种对比,航天诱变后伊犁绢蒿、骆驼刺和新草1号苏丹草种子活力均有不同程度增强,初步说明诱变对该3类种子产生了有利变异。

种苗“住”进2亩地的太空育种试验小区

这些珍贵种苗移栽定植到大田的前10天,畜牧科技工作者还要做一件事,即“炼苗”。

“炼苗”的过程中,前7天通常需对种苗进行控温、控水,并从温室连盆端到室外晒太阳,适当通风。之后3天,继续对种苗进行降温、控水、全面通风,当年8月26日,第一批种苗正式“住”进2亩地的太空育种试验小区。

太空育种试验小区自2023年8月开始建立,借助自治区天山英才培养计划“三农骨干”人才培养项目、自治区天山英才计划——科技创新领军人才团队项目支持,相关研究将持续至2026年3月。

眼下,地面培育的种苗已经“脱颖而出”。

最近几日,位于新疆畜牧科学院呼图壁旱生牧草基地已然一派葱茏。此前移栽种植的伊犁绢蒿、心叶驼绒藜已经返青。肉眼可见茎秆在变高,株丛逐渐变大。其中,航空诱变后种植的伊犁绢蒿高约17厘米,而普通的种子繁育的株高约12厘米。

仔细观之,田间牧草种苗所占区域略有不同。这是由升入太空时所携带每份牧草种子的不同克数重量所决定的,比如16株心叶驼绒藜,所“住”小区占3平方米,而骆驼刺和伊犁绢蒿分别有60株,各占30平方米“大间”。

骆驼刺、伊犁绢蒿、心叶驼绒藜都是多年生植物,去年种的苗,只有这三种。新草1号苏丹草是一年生草本植物,当时已经过季,眼下,畜牧科技工作者正准备将育好的种苗引入大田。

当这些牧草种子完成“太空旅行”返回地球后,经过田间种植观测,并与它的“兄弟”进行对比,畜牧科技工作者继续开展试种选育工作,对其进行物候期及生理生化指标监测,根据育种目标寻找出发生正向变异的优良植株。

实验证明,经过太空育种出来的植物具有多方面优点,如早熟、优质、高产、抗病力较强等。

而这,是一个漫长的过程,也是由植物特性决定的。伊犁绢蒿、骆驼刺及心叶驼绒藜于去年种植,预计在今年可以结种。再经过至少三代以上选育,使得变异性状稳定遗传,才能培育出品质优良的牧草新品种。

让“天选之种”遍撒天山南北

科研人员前行的脚步并未停止。

今年,这些从太空返回的牧草种子,将落地三片盐碱地,让“耐盐碱耐寒耐旱牧草”空间搭载实验照进现实。

试验田分别位于新疆畜牧科学院草业研究所呼图壁旱生牧草基地、新疆昊坤农业发展集团有限公司(吐鲁番托克逊)、克拉玛依市力茵生态科技有限公司。目前,即将步入大田定植阶段。

按照研究计划,畜牧科技工作者将在未来两三年内,继续分析返地的牧草种质资源,对筛选出的优异株系进行扩繁。

这也就是说,将有更多在太空“遨游”过的种子及其后代在这里生长繁衍,成为一片又一片“希望的田野”。

那么,这4种牧草种子作为航天诱变材料升入太空,它们到底有何特别之处?从太空返回后育种又有哪些益处?

新疆地域辽阔,有着丰富的种质资源,世界上栽培的主要牧草大多在新疆都有野生存在,有良好的育种素材。同时,新疆是我国荒漠化、盐碱化最严重的省(区)。骆驼刺、伊犁绢蒿和心叶驼绒藜是新疆荒漠区、盐碱区重要的建群种和优势种。培育优质牧草种子,对于新疆发展畜牧业、开发驼奶等特色畜产品和保护生态环境,意义重大。

骆驼刺对于抑制草场退化、减轻干旱荒漠农区绿洲的盐渍化及沙化、保护及扩大绿洲等起着重要作用。

伊犁绢蒿具有根系发达、抗旱性强、耐牧、寿命长、适口性好的特点,是蒿属荒漠的建群种或优势种,是防风固沙、防止水土流失和控制荒漠化的优良牧草,特别是冷季草地生长的重要饲草之一。

心叶驼绒藜是耐旱、抗寒、高产、优质的半灌木优良牧草,生于戈壁、荒漠、半荒漠、干旱山坡或草原中,当年枝及叶片等为牛羊驼马等各类家畜喜食。

新草1号苏丹草是新疆畜牧科学院草业研究所多年育种的科技成果,蛋白含量目前居一年生禾本科牧草之首,草产量高,用于调制干草,青贮、青饲或放牧。

新疆牧草种子启动“耐盐碱耐寒耐旱牧草”空间搭载实验后,不仅帮助新疆畜牧科技工作者开启了新的梦想之旅,也翻开草原畜牧业和特色畜牧业的新篇章。

未来,随着太空育种等现代育种技术的发展,在盐碱地治理、生态环境改善等方面有广阔应用前景。

广大新疆畜牧科技工作者还有一个梦想——未来条件成熟时,新疆牧草种子可以在空间站完成种植、生长、开花和结种的全生命周期,从而让更多精挑细选的“天选之种”遍撒天山南北。

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