「认知馆」一粒小草种的“太空之旅”经历了什么?
一粒小草种的“太空之旅”经历了什么?
有一天,有一粒紫花苜蓿和一粒燕麦种子上了天,去了一趟太空……这不是童话故事,而是一个科学实验。
2021年年初,嫦娥五号经历“奔月之旅”带回月球土壤,这是我国航天领域迈出的一大步,但同学们可能不知道的是,嫦娥五号除了带回月球土壤以外,还执行了一项特殊的任务,那就是带着来自中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所的紫花苜蓿和燕麦种子进行空间诱变实验。
为什么要将苜蓿和燕麦种子送上太空?它们在这趟太空之行中都经历了些什么?在这里,中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所的科研人员就来给同学们揭秘一下种子们的“太空变形记”。
嫦娥5号搭载燕麦实验室育苗
项目负责人观测嫦娥五号搭载燕麦生长情况
A 一粒小种子,为何有幸踏上太空之旅?
种子被视为农业的“芯片”,在中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所科研人员心中,“一粒小小的种子可以改变一个世界”。但受制于优质牧草品种缺乏、育种技术滞后的影响,我国草种业水平与发达国家相比有很大差距。
苜蓿和燕麦种子的太空之旅,就是一场空间诱变实验,这种航天诱变育种技术是随航天事业发展而衍生的创造新种质资源和新品种的新技术,期望通过航天诱变育种技术拓宽种质资源,突破我国草产业发展“种”的“卡脖子”问题,打破优质草种主要依赖进口的困境,开展种质资源的源头创新。
通过航天育种,可以得到优良新品种。但这并不是中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所第一次将种子送入太空。自2009年以来,神舟八号、十号、十一号、天宫一号、实践十号、新一代载人飞船和嫦娥试验返回舱等太空飞行器,曾先后7次将9类42份牧草种子送入太空。这些经历了太空遨游的种子,在研究所育种专家的精心照料下,已成功培育出国家新品种“中天1号紫花苜蓿”。该品种在形成苜蓿产业化方面具有优质、高产的品种优势,正在北方地区大面积推广种植。
中天1号紫花苜蓿叶片特征
嫦娥五号搭载牧草种子
B 坐嫦娥五号去天空的小种子,经历了什么?
与嫦娥五号同行的种子,经历了与以往完全不同的“太空之旅”,这场“远行”完成了深空空间诱变实验,带来了更大变化的可能。
那么,一粒小种子完成深空空间诱变实验,到底都经历了什么?
原来,空间诱变有三大“宝”,分别是高真空、微重力、空间射线,这三个因素共同作用可以使得种子内部的遗传基因发生变化,种子回到地面后就有可能会“变异”出符合育种家需要的育种材料。
能上天的种子都是“天选之子”,要通过层层选拔。在搭载之前,科研人员要测定发芽率,并逐粒进行人工“精选”,要保证每粒种子都是没有损失并饱满。这次搭载的牧草种子分两类,一个是被誉为“牧草之王”的紫花苜蓿种子8.3克,一个是高海拔地区优质牧草燕麦种子10.0克,它们的主要用途是解决牛羊口粮问题。
深空环境对于生命的影响是一个非常重要的研究课题。种子经历了范艾伦辐射带和太阳黑子爆发,这些空间环境因素可能会对种子变异率和变异幅度产生重大影响,理解这种变化,对下一步探讨物种进化和生命起源具有理论价值。
C 小种子远行归来的使命
搭载只是第一步,结束“太空之旅”回到地面后,种子会被分为三部分:小部分用于早期室内实验,大部分用于大田种植实验,剩下的会作为种质资源保存起来。
要做的第一件事就是取少量的材料,全方位地观察其萌发变化。然后,科研人员要把这些变化与没有上天的种子进行对比,寻找差异及原因。种子出苗后,种到大田里尤为关键,可以观察生长发育总体变化。不过,这一过程很艰辛,需要经过多个遗传世代才能最终把更好的优良性状“固定”下来,用分子生物手段把相关基因克隆,再针对这个基因开展更多育种工作。航天育种是一个“长跑”的过程,覆盖种子多个生命周期。
搭载苜蓿单株
牧草航天育种试验区
小链接
太空变形的新品种
兰州牧药所通过航天诱变育种培育出的国家新品种“中天1号紫花苜蓿”,质优、丰产,多叶率、产草量、营养价值高,适宜在西北内陆绿洲灌区、黄土高原以及华北等相同气候地区种植。经历了太空之旅的“中天1号紫花苜蓿”,以5叶为主(常规苜蓿为3片小叶),叶片越多,产量越高,比对照品种产量高10%以上,粗蛋白质含量也更高,并且含有丰富锌、锰、铁、镁等微量元素,干草产量平均亩产1吨以上,对提高草畜业生产效益和改善生态环境具有重要意义。这个品种目前正在北方地区大面积推广种植。“中天1号紫花苜蓿”已于2018年通过新品种审定,登记为育成品种。
从1987年我国先后利用返回式卫星、神舟飞船开展航天育种搭载实验以来,经过30多年的发展,创制了许多种质资源,通过审定的新品种超过200个,产生的经济效益达2000亿元左右,这些新品种都是“优等生”,有着各自的“闪光点”。
全球变暖的影响有哪些
发布时间:2020-03-09 11:24:57 文/李飞
一、全球变暖的影响
(1)海平面上升,沿海低地国家和地区被淹。
(2)导致干旱、暴雨和洪涝等灾害事件增加。
(3)导致各国农业经济结构的变化。
(4)大量物种难以适应新的生存环境而灭绝,最终导致原有生态系统的变化。
二、全球变暖原因分析
人为因素
1.人口剧增因素
人口的剧增是导致全球变暖的主要因素之一。同时,这也严重地威胁着自然生态环境间的平衡。这样多的人口,每年仅自身排放的二氧化碳量就将是一惊人的数字,其结果就将直接导致大气中二氧化碳的含量不断地增加,这样形成的二氧化碳温室效应将直接影响着地球表面气候变化。
2.大气环境污染因素
环境污染的日趋严重已构成一全球性重大问题,同时也是导致全球变暖的主要因素之一。21世纪,关于全球气候变化的研究已经明确指出了自上个世纪末起地球表面的温度就已经开始上升。
3.海洋生态环境恶化因素
海平面的变化是呈不断地上升趋势,根据有关专家的预测到下个世纪中叶,海平面可能升高50cm。如不采取及对措施,将直接导致淡水资源的破坏和污染等不良后果。另外,陆地活动场所产生的大量有毒性化学废料和固体废物等不断地排入海洋;发生在海水中的重大泄(漏)油事件等以及由人类活动而引发的沿海地区生态环境的破坏等都是导致海水生态环境遭破坏的主要因素。
4.土地遭破坏因素
造成土壤侵蚀和沙漠化的主要原因是不适当的农业生产。众所周知,良好的植被能防止水土流失。但到当前2014年
,人类活动由于为获取木材而过度砍伐森林、开垦土地用于农业生产以及过度放牧等原因,仍在对植被进行着严重的破坏。土地沙化,4.7万吨土壤被侵蚀。土壤侵蚀使土壤肥力和保水性下降,从而降低土壤的生物生产力及其保持生产力的能力;并可能造成大范围洪涝灾害和沙尘暴,给社会造成重大经济损失,并恶化生态环境。
5.森林资源锐减因素
在世界范围内,由于受自然或人为的因素而造成森林面积正在大幅度地锐减。
6.酸雨危害因素
酸雨给生态环境所带来的影响已越来越受到全世界的关注。酸雨能毁坏森林,酸化湖泊,危及生物等。20世纪,世界上酸雨多集中在欧洲和北美洲,多数酸雨发生在发达国家,一些发展中国家,酸雨也在迅速发生、发展。
7.物种加速灭绝因素
地球上的生物是人类的一项宝贵资源,而生物的多样性是人类赖以生存和发展的基础。但是地球上的生物物种正在以前所未有的速度消失。
8.水污染因素
据全球环境监测系统水质监测项目表明,全球大约有10%的监测河水受到污染,本世纪以来,人类的用水量正在急剧地增加,同时水污染规模也正在不断地扩大,这就形成了新鲜淡水的供与需的一对矛盾。由此可见,水污染的处理将是非常地迫切和重要。
9.有毒废料污染因素
不断增长的有毒化学品不仅对人类的生存构成严重的威胁,而且对地球表面的生态环境也将带来危害。
自然因素
1.火山活动
2.地球周期性公转轨迹变动
地球周期性公转轨迹由椭圆形变为圆形轨迹,距离太阳更近。根据某科学家的研究地球的温度曾经出现过高温和低温的交替,是有一定的规律性的。
三、全球变暖会给人们带来什么样的危害
1. 气候变得更暖和,冰川消融,海平面将升高,引起海岸滩涂湿地、红树林和珊瑚礁等生态群丧失,海岸侵蚀 全球变暖的可怕后果,海水入侵沿海地下淡水层,沿海土地盐渍化等,从而造成海岸、河口、海湾自然生态环境失衡,给海岸带生态环境系统带来灾难。
2.水域面积增大。水分蒸发也更多了,雨季延长,水灾正变得越来越频繁。遭受洪水泛滥的机会增大、遭受风暴影响的程度和严重性加大,水库大坝寿命缩短。
3.水温升高可能会给南极半岛和北冰洋的冰雪融化。北极熊和海象将灭绝。
4.许多小岛将无影无踪;将感染疟疾等传染病……
5.因为还有热力惯性的作用,现有的温室气体还将继续影响我们的生活。”
6.温度升高,会影响人的生育,精子的活性随温度升高而降低…….
对气候的影响
将更多的二氧化碳和温室气体排放到大气中所造成的危害,谁也无法确切地说明将来会有多严重?科学家正在估算气候变化所带来的危害。按目前的技术水平计算,2004年才能阐明大气中二氧化碳形成和消解的机理,这样就能发现温室效应是如何产生的。2006年才能准确的预知因地球升温而造成的海平面上升。然而真正理解这一切要到2050年。显然,科学家和政治家都不会等到进一步的结果出来才采取防治措施,现在的观察和研究成果应该都让公众了解,才不至于使人们不得不在50年后自咽苦果。
温室效应自地球形成以来,它就一直在起作用。如果没有温室效应,地球表面就会寒冷无比,温度就会降到零下20℃,海洋就会结冰,生命就不会形成。因此,我们面临的不是有没有温室效应的问题,而是人类通过燃烧化石燃料把大量温室气体排入大气层,致使温室效应与地球气候发生急剧变化的问题。
温室效应会产生什么样的影响呢?由于矿物燃料的燃烧和大量森林的砍伐,致使地球大气中的二氧化碳浓度增加,由于二氧化碳等气体的温室效应,在过去100年里,全球地面平均温度大约已升高了0.3—0.6℃,到2030年估计将再升高1—3℃。
当全世界的平均温度升高1℃,巨大的变化就会产生:海平面会上升,山区冰川会后退,积雪区会缩小。由于全球气温升高,就会导致不均衡的降水,一些地区降水增加,而另一些地区降水减少。如西非的萨赫勒地区从1965年以后干旱化严重;我国华北地区从1965 年起,降水连年减少,与50年代相比,现在华北地区的降水已减少了1/3,水资源减少了1/2;我国每年因干旱受灾的面积约4亿亩,正常年份全国灌区每年缺水300亿立方米,城市缺水60亿立方米。
由于气温升高,在过去100年中全球海平面每年以1——2毫米的速度在上升,预计到2050年海平面将继续上升30—50厘米,这将淹没沿海大量低洼土地;此外,由于气候变化导致旱涝、低温等气候灾害加剧,造成了全世界每年约数百亿以上美元的经济损失。
冰川融化
近年来,人们对从巴塔哥尼亚到瑞士的阿尔卑斯山地区的冰川因为“温室”气体的排放和普遍认为的 南极冰川融化速度加快温室效应而融化的情况进行了观察。在南亚地区,问题并不是冰川是否在融化,而是融化的速度有多快?虽然全球变暖的许多不良影响可能要到21世纪末才会变得非常严重,但是尼泊尔、印度、巴基斯坦、中国和不丹等地的冰川融水可能很快就会给人们造成麻烦。
国际冰雪委员会(ICSI)的一份研究报告指出:“喜玛拉雅地区冰川后退的速度比世界其它任何都要快。如果目前的融化速度继续下去,这些冰川在2035年之前消失的可能性非常之大”。国际冰雪委员会负责人塞义德·哈斯内恩说:“即使冰川融水在60至100年的时间里干涸,这一生态灾难的影响范围之广也将是令人震惊的。”
位于恒河流域的喜玛拉雅山东部地区冰川融化的情况最为严重,那些分布在“世界屋脊”上的从不丹到克什米尔地区的冰川退缩的速度最快。以长达3英里的巴尔纳克冰川为例,这座冰川是4000万——5000万年前印度次大陆与亚洲大陆发生碰撞而形成的许多冰川之一,自1990年以来,它已经后退了半英里。在经过了1997年严寒的亚北极区冬季之后,科学家们曾经预计这条冰川会有所扩展,但是它在1998年夏天反而进一步后退了。
疾病肆虐
哈佛大学新病和复发病研究所的保罗.受泼斯坦注意到,植物也随雪线而移动,全世界山峰上的植物都在上移。随着山峦顶峰的变暖,海拔较高处的环境也越来越有利于蚊子和它们所携带的疟原虫子这样的微生物生存。
西尼罗病毒、疟疾、黄热病等热带传染病自1987年以来在美国的佛罗里达、密西西比、德克萨斯、亚利桑那、加利福尼亚和科罗拉多等地相继爆发,一再证实了专家们关于气候变暖,一些热带疾病将向较冷的地区传播的科学推断。
新冰河期
关于全球变暖的另一项研究结果更令人吃惊,由北极冰原融化,降雨量增加,以及风的类型的不断改变,大量淡水正汇入北西洋,从而对墨西哥湾暖流造成破坏。正是这些暖流把温暖的表层水从加勒比海带到欧州西北部,并使欧洲形成温暖的气候。而墨西哥暖流一旦因全球变暖被切断后,欧洲西北部温度可能会下降5-8℃之多,欧洲可能面临一次新的冰河时代!
这项研究是位于阿伯丁的苏格兰海洋实验所分析了设在兰群岛海域到法罗群岛海域之间自1893年以来的1.7万多次海水盐度测量结果得出的。在过去的每20年中,流向南部的深层海水盐度变得越来越小,浓度越来越低,这表明有更多的淡水从大西洋北部汇入了该地区。这些新数据第一次充分证明了德国科学家在大约3年前设计的计算机模型。
大气中的二氧化碳的含量急剧升高,而世界人口将在2050年之前达到100亿。“我们的世界正在朝着由人造设施来代替现有免费自然资源的方向发展”,明尼苏达大学的戴维·蒂尔曼说。但是,我们还没有掌握自然生态系统的有关知识。在2.45亿年前的二叠纪大灭绝中,96%的物种灭亡了。后来随着许多新物种的出现,地球上终于恢复了丰富的种群,但是这个过程足足经历了一亿年。威尔逊说:“一些人认为,自然界会复兴人类所毁灭的一切” 。谚语云:“只要有足够的时间,万物皆可应运而生。”或许自然界真的能够恢复一切,但这个漫长的过程对于现代人类无论如何是没有意义的。
马克·吐温曾经说过,天气最动人的特质就在于它的变化多端。1个多世纪过去了,我们仍然在为准确预报天气情况而努力,在控制气候方面却收效甚微;然而,对环境的破坏却是史无前例的。
1. 生态
首先,全球气候变暖导致海平面上升,降水重新分布,改变了当前的世界气候格局;其次,全球气候变暖影响和破坏了生物链、食物链,带来更为严重的自然恶果。例如,有一种候鸟,每年从澳大利亚飞到我国东北过夏天,但由于全球气候变暖使我国东北气温升高,夏天延长,这种鸟离开东北的时间相应变暖,再次回到东北的时间也相应延后。结果导致这种候鸟所吃的一种害虫泛滥成灾,毁坏了大片森林。另外,有关环境的极端事件增加,比如干旱、洪水等。
2. 政治
限制二氧化碳的排放量就等于是限制了对能源的消耗,必将对世界各国产生制约性的影响。应在发展中国家“减排”,还是在发达国家“减排”成为各国讨论的焦点问题。发展中国家的温室气体排放量不断增加,2013年后的“减排”问题必然会集中在发展中国家。有关阻止全球气候变暖的科学问题必然引发“南北关系”问题,从而使气候问题成为一个国际性政治问题。
3. 气候
全球气候变暖使大陆地区,尤其是中高纬度地区降水增加,非洲等一些地区降水减少。有些地区极端天气气候事件(厄尔尼诺、干旱、洪涝、雷暴、冰雹、风暴、高温天气和沙尘暴等)出现的频率与强度增加。
4. 海洋
随着全球气温的上升,海洋中蒸发的水蒸气量大幅度提高,加剧了变暖现象。而海洋总体热容量的减小又可抑制全球气候变暖。另外,由于海洋向大气层中释放了过量的二氧化碳,因而真正的罪魁祸首是海洋中的浮游生物群落。
5. 农作物
全球气候变暖对农作物生长的影响有利有弊。其一,全球气温变化直接影响全球的水循环,使某些地区出现旱灾或洪灾,导致农作物减产,且温度过高也不利于种子生长。其二,降水量增加尤其在干旱地区会积极促进农作物生长。全球气候变暖伴随的二氧化碳含量升高也会促进农作物的光合作用,从而提高产量。
6. 人体健康
(1)全球气候变暖直接导致部分地区夏天出现超高温,心脏病及引发的各种呼吸系统疾病,每年都会夺去很多人的生命,其中又以新生儿和老人的危险性最大。(2)全球气候变暖导致臭氧浓度增加,低空中的臭氧是非常危险的污染物,会破坏人的肺部组织,引发哮喘或其他肺病。(3)全球气候变暖还会造成某些传染性疾病传播。
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