簡介
太空育種原理示意圖 太空育種又稱航天育種、空間誘變育種。是利用太空技術，將作物的種子、組織、器官或生命個體等誘變材料，利用強輻射、微重力、高真空、弱磁場等宇宙空間的特殊環境作用使生物基因突變，再返回地面進行選育，培育新品種、新材料的作物育種新技術。
太空育種的核心內容是利用太空環境的綜合物理因素對植物或生物遺傳性的強烈動搖和誘變，在較短的時間內創造出目前地面誘變育種方法難以獲得的罕見突變種質材料和基因資源，選育突破性新品種，由此而開闢一條植物育種的新途徑。
但是究竟主要是那些因素產生影響，以及如何產生影響，至今還沒有權威的定論。
發展歷史
國外發展
經“神舟七號”進行太空育種的種子 利用太空飛行器或返回式衛星研究植物生長發育及遺傳變異的工作，迄今已有50多年的歷史。
20世紀60年代初期，前蘇聯學者就研究和報導了空間飛行對植物種子的影響。此後，美國和德國等許多實驗室研究了植物在空間條件下生長發育及其遺傳特性的變化。空間微重力、高能粒子對植物種子和植株的影響。植物及其細胞在空間條件下生長發育及其衰老過程，低等植物在空間的生長規律等。美國等國家在各種類型空間飛行器上進行了許多植物學試驗，觀察空間條件下各種類型的植物材料發生的變化。
1984年，美國將番茄種子送上太空，逗留時間達6年之久，返回地面後經科研人員試驗，獲得了變異的番茄，其種子後代對人體無毒，可以食用。
1995年，美國航天局又在北卡羅來納州立大學建立引力生物學研究中心。重點研究植物對引力的感受和反應，以最終開發出適於太空旅行的植物。
1996年，俄美合作首次成功地在和平號空間站培育和收穫了150個麥穗的墨西哥小麥。俄羅斯在太空種植小麥於1999年獲得成功。
1996年，美國布魯斯·巴格比培育出太空矮稈小麥，株高只有40 cm，生育期只有60天，這種小麥產量高出普通小麥的3倍，有可能適合太空生長。美、日、西歐制定的21世紀太空計畫中，將植物在密封太空艙內的生長發育引為重點，試種和培育豌豆、小麥、玉米、水稻、洋蔥、蘭花、鬱金香等100多種植物，研究宇宙飛行中各種因素對植物生長發育的影響。
中國發展
天宮一號也擔負著太空育種實驗的任務 中國的太空育種始於1987年，最初只是想了解種子經過太空搭載會發生什麼變化，是目前世界上掌握太空飛行器返地技術的3個國家(中國、美國、俄羅斯)之一。
準備階段（1987年—1995年）：1987年5月，中國利用第9顆返回式衛星首次搭載植物種子、菌種、昆蟲等地球生物進行試驗。
立項階段（1996年—2005年）：1999年11月，中國進行載人航天工程第一次飛行試驗，神舟一號搭載了青椒、西瓜、玉米、大麥等農作物種子各10克，此外還有甘草、板藍根等中藥材。
發展階段（2006年—至今）：2006年9月，中國發射“實踐8號”農業育種衛星，搭載品種達兩千多種，包括蔬菜、水果、穀物、棉花等各類種子215公斤。2012年6月，神舟九號飛船搭載雲南普洱茶種子、科學實驗種子、農作物種子和微生物菌種等再度升空。
成果：1987年至2011年，中國通過返回式衛星、神舟號宇宙飛船、高空氣球等工具進行了共22次、1200多個品種的航天工程育種搭載試驗。據不完全統計，已有70多個太空育種農作物新品種通過審定，200多個品系在農業生產中推廣套用。 已進行搭載的有糧食作物類：小麥、水稻、大豆、玉米、綠豆、豌豆、高粱等；蔬菜類：西紅柿、辣椒、黃瓜、甜菜、茄子、蘿蔔等；經濟作物有棉花、菸草等；花卉有萬壽菊、雞冠花、三色槿、龍葵、荷花、百合等；中草藥材有黃芪、甘草；樹木種子有油松、白皮松及石刁柏，還有草坪種子。
技術特點
誘變效率高
太空育種的西紅柿 太空中的特殊條件對農作物種子具有強烈的誘變作用。可以產生較高的變異率，其變異幅度大、頻率高、類型豐富。有利於加速育種進程。水稻自然變異的頻率在二十萬分之一。化學誘變的變異頻率也在千分之幾。而經空間處理的水稻變異頻率可達百分之幾。一般來說，太空育種變異率為5％-10％，最高的誘變率可超出10％以上，其中有益突變率為2％-3％。
變異方向不定
作為一種空間多環境特殊條件下產生的誘變，其誘變方向具有不確定性。一般單株有效穗數、每穗粒數、千粒重、穗長、單株分櫱力等性狀呈偏常態分配，以正向變異為主。株高變異偏向增高，結實率偏向降低，但也有許多有利突變體出現。
育種周期短
空間誘變植物一般在第4代可穩定，少數在第3代就可穩定。比常規育種的第6代穩定提前2代，對縮短育種周期極為有利，可以節約許多人力物力。
可出現特殊變異
太空育種不但能出現一些如產量、株高、生育期、品質、抗病性等常規誘變育種的變異，還能出現一些其它理化因素處理較少出現的特殊變異類型，如水稻早熟突變、大穗型變異。大粒變異和秈、粳亞種種性的變異；品質性狀的廣幅分離；蔬菜大果型變異，不育性突變；花卉花形變異，花色變異等。
食品安全
借綜合射線輻射催生的小辣椒 太空食品和普通食品沒有什麼區別，是很安全的食品。關於太空食品安全性的問題，專家普遍認為，太空育種並沒有將外源基因導入作物中使之產生變異。作為誘變育種技術，太空育種可使作物本身的染色體產生缺失、重複、易位、倒置等基因突變。這種變異和自然界植物的自然變異一樣，只是時間和頻率有所改變。太空育種本質上只是加速了生物界需要幾百年甚至上千年才能產生的自然變異。太空中宇宙射線的輻射較強，這是植物發生基因變異的重要條件。
人工輻射育種中的輻射劑量只是國際食品安全輻射量的幾十分之一，而太空中的輻射劑量還不到輻射育種輻射劑量的百分之一。宇宙射線引起的基因變異經常會讓人想到轉基因食品。轉基因作物是將外源基因導入植物體內而培育出的新品種，如轉基因大豆是將非大豆植物甚至動物、微生物的基因導入而產生的變異。而太空育種則是讓作物的種子自身發生變異，沒有外源基因的導入。我國頒布的有關轉基因安全管理規定中特別排除了對自身通過突變產生的新物種的管理，這也說明太空育種是非常安全的，不用擔心其產品的安全性。太空食品是按照人類需要選擇出來的，不是轉基因食品。
從太空回來的種子經過培育，挑選出的優良品種要經過不少於4代的種植，其中的每一代遺傳性狀都有所分離。如果4代後有幸篩選出一個新品種，還需要國家有關部門的品種審定，這一過程至少需要3年，之後專家審定合格後才能拿到證書。至於污染，則是栽培方法和使用農藥、化肥的問題。
影響因素
微重力
太空人正在進行微重力下的適應訓練 空間輻射
空間輻射源包括來自地磁場俘獲的 銀河宇宙射線和 太陽風暴的各種 電子、 質子、低能重離子和高能重離子等。它們能穿透宇宙飛行器的外壁，作用於太空飛行器中的生物。研究結果表明，空間誘變與地面輻射處理髮生的變異情況有許多類似之處，輻射敏化劑預處理能增加生物損傷。 DNA和 生物膜是射線作用的靶子。空間輻射主要導致生物系統遺傳物質的損傷，如突變、腫瘤形成、染色體畸變、細胞失活、發育異常等。重離子輻射生物學研究的結果表明，質子、高能重離子等能非常有效地引起細胞內遺傳物質 DNA分子的雙鏈斷裂和細胞膜結構改變，且其中非重接性斷裂的比例較高，從而對細胞有更強的殺傷及致突變和致癌變能力嘲。對植物的研究證明，空間條件尤其是高能離子具有強烈的致變作用，導致細胞死亡、突變、惡性轉化，而且在微重力條件下輻射的誘變作用將會加強。種子純度
太空人約翰·菲利普斯在“發現號”太空梭上進行沙門氏菌疫苗實驗 目前在國內外，種子搭載之前首先要進行種子的純度檢測，保證種子的純度。搭載回來以後要進行地面第1次試種，出苗時形態性狀，如株高、長勢等肯定會表現很多性狀分離，要對每1株進行檢測。選擇有良好變異的單株進行第2代種植，仍然出現非常大的性狀分離，把性狀不好的全部淘汰掉，把好的突變體後代再進行第3代種植。第3代種植後，把最好性狀的種子蒐集起來種植第4代，一般第4代很穩定，即獲得了1個穩定的新品種。
生長環境
要特別注意種子生長過程中的生長環境問題，很多品種表現型上的退化不是真正的品種退化，而是因為周圍授粉環境不好。比如太空椒，旁邊種的不是太空椒的花粉傳過來，其後代又有可能返回原始性狀。因此，要保持太空椒的優良性狀，關鍵是要為其創造良好的繁殖環境。
停留時間
對於在太空停留時間對太空育種結果的影響這一課題，華南農業大學做過以下試驗：把種子按照順序排在核激板上，等種子回來之後，從核激板上可以探測出種子經過高能離子輻射的次數。由於太空育種的精確度上難以控制，帶有一定的盲目性，因而種子被高能離子擊中的次數並不是越多越好，在太空中停留時間並不是越長越好。只要高能離子能夠準確擊中種子的DNA鏈條，並且是向著人類需要的方向組合就可以。太空育種結果與在太空停留時間沒有太大關係。俄羅斯將在和平號空間站搭載6a的番茄種子贈送給我國，其後代表現並不優於我國太空飛行器搭載20多天的結果。這正是由於太空有許多輻射條件是人類試驗難以模擬的，人為控制太空受輻射的強度或劑量目前是不可能的。畢竟高能離子的輻射是隨機的。太空育種必須要配合田問觀察和選擇等常規育種手段，這是不可分割的，同時還要採用分子檢測手段。
其它因素
植物材料在空間飛行時。是受各種空間因素綜合作用的，包括高真空、交變磁場、太空飛行器發射過程中的強振、飛行舵內的溫度和濕變條件及其他未知因素。一般認為．空間輻射和微重力的複合效應是主要的誘變因素。
成果優勢
神舟三號上搭載培育的“太空花” 經過太空育種的農產品不僅生長快、果實大、色澤亮、口感爽，而且營養豐富、品質上乘，基本不依賴化肥和農藥，具有很強的地面環境適應性和抵禦病蟲害侵襲的能力。
例如太空水稻株高降低14 cm，生長周期縮短13 d，顆粒飽滿，蛋白質含量提高8％～12％，畝產達500 kg以上。矮稈、早熟的太空小麥新品種的產量較一般品種高10％～15％。“宇椒1號”青椒平均單個重達500 g，維生素C和可溶性固態物，Zn、Fe等微量元素含量提高了20％～30％，體態豐盈，皮脆味清。“航天芝麻1號”個大、色白，單株蒴果達98粒以上，抗病抗倒伏，自培育成功後，受到青睞。具有矮化作用的由隱性單基因控制的細胞核雄性不育太空玉米，單株能長出7個碩大的多色玉米棒，令人咋舌。“航遺1號”黃瓜1條可達1 m長，碧綠嫩脆。太空櫻桃番茄中p胡蘿蔔素含量是普通胡蘿蔔的3倍，耐儲存，非常適於學生和電腦工作者食用。
在太空花卉方面，重返地球的賞葉花卉紫葉酢漿草，三角形的紫葉片上點綴著粉紅色小花，宛如一隻只輕盈的紫蝴蝶，無比嬌艷。太空“修煉”後的萬壽菊從普通單層四瓣變成多層六瓣，同株有百朵花立體開放，半年不衰。
在太空醫藥研究方面，我國的科研人員已成功研製高效降脂、能治療癌症的抗生素藥物。如從太空菜葫蘆里提煉出的苦瓜素成為治療糖尿病的新寵，採用誘變的紅麴黴菌合成的“富硒他汀”成為心腦血管疾病的剋星。搭乘“神舟1號”遨遊太空的泰樂菌素菌種成功接種，研製的泰樂菌素因其廣譜抗茵、高效低殘留，被世界各國批准為專用獸藥和飼料添加劑推廣使用。在動物育種方面，3隻隨“神舟3號”回歸的烏雞從蛋中破殼而出，標誌著我國首次將空間育種技術成功引入動物中。
存在問題
山東煙臺農科院小麥所副所長王江春表示，本質上太空種子只要通過審定，就和普通種子沒什麼區別。但市場上有很多種子打著太空育種的旗號，根本沒有經過審定，甚至直接拿別的品種來冒充。
在中國太空育種史上，因成本高昂而飽受質疑。在地方政府和企業的雙重驅動下，太空育種已成新的“搖錢樹”——截至2012年共有224個航天育種研究小組分布在各科研院所，各地授牌興建的航天育種基地也已超過60個，廣東深圳、海南文昌等地早已雄心勃勃地興建了太空育種主題公園。
在淘寶上，更多商家看到了太空種子蘊藏的商機。叫賣太空種子的店鋪已多達127個。這些店鋪分布在山東、河北等省，販賣的種子包括太空番茄、太空絲瓜、太空南瓜、太空豆角……只要是蔬菜，幾乎都有太空種子在賣。
國家航天育種工程首席科學家劉錄祥認為，太空種子不是一個“隨便”的稱呼，有著嚴格的定義。因為太空種子不是簡單“搭載”出來的，而是經過搭載誘變，一代一代篩選培育，並得到種子管理部門審定的優良新品種。這一過程順利的話也至少要6-8年的時間。
引發爭議
方舟子曾經質疑“太空螞蟻” 著名科普學者方舟子曾經表示，“太空誘變”和其他誘變方法在本質上是一樣的，不可能有任何優勢。所謂“太空育種”並不比地面育種更有優勢，反而占用了寶貴的航天資源，完全是一種炒作。
方舟子表示，突變沒有方向性首先是在遺傳學實驗中觀察到的一個事實，之後又被分子遺傳學的基礎研究所證實。當我們用輻射、藥物處理種子時，是在盲目地攻擊種子中的DNA，DNA序列或結構會發生什麼樣的變化無法預知，那么它們會如何改變生物體的功能也是隨機的。
由於生物體經過長期的進化之後，其結構和功能之間的關係已相當的完善、協調，盲目地改變它，在絕大部分情況下會是有害或無用的。只有非常偶然的情況會出現個別我們樂於見到的有益突變。
香港浸會大學生物系副教授張建華表示，參與太空育種的科學家解釋他們的成功時說，太空的失重和說不清的一些輻射誘導了種子遺傳物質的變異，從而“蛻變”成了具有優良性狀的品種。
其中至少有兩個問題被迴避了。一是如果種子的遺傳基礎真的由於輻射發生了變異，按照輻射是破壞DNA的原理，他們應該先看到大量的“ 變壞”的變異才對，變好的變異應是極少極少的。幾十年來在地面上一直進行的用放射性來誘導變異的輻射育種一直未有好的成功例子，就說明了這一點。而目前的太空育種僅用上數十克或百餘克種子（遠少於在地面上進行輻射育種實驗時所用的數量），也從未向大家展示大量“變壞”了的變異植株。第二個問題是這些種子是如何獲得射線的。如果在太空艙內就能接受到射線，那太空飛行對動物和人是否安全？
