人类的文明在一定程度上是建立在对生物（植物、动物、微生物）的重要功能的控制和创造性地利用的能力上。生命科学研究的目的在于认识、改造和利用各种重要的生命现象和过程、从而为人类生产和生活提供实用价值。地面上生存的生物都是在地球重力场、低辐射条件下长期的自然选择和进化的结果。空间条件，特别是空间微重力和高能粒子辐射条件是地球上生物从未遇到过的。随着空间科学和技术的发展，人类和地面上的生物进入空间已经成为现实，空间生命科学的任务，一方面把空间条件作为一种新的环境或手段去认识、改造和利用，造福人类；另一方面要克服空间条件造成的限制，为人类和生物在空间长期生存创造条件。
随着空间科学的飞速发展，空间环境应用领域的日益受到重视，空间环境利用已深入到许多领域。航天育种就是航天技术与生物技术、农业育种技术相结合的产物。自1987年以来，中国成功地利用返回式卫星进行了9次搭载农作物种子及微生物、试管苗、培养细胞等的试验，其中包括有关粮食作物、经济作物、蔬菜、花卉及微生物。由于空间环境中高能粒子辐射、微重力、高真空等综合因素，使生物材料出现了某些优良性状的品种。航天育种的特点是：变异频率高、变异幅度大，有益变异多，稳定性强，因而可以培育出高产、优质、早熟、抗病良种，已经培育出经有关部门审定通过批准的水稻、小麦、青椒、番茄、棉花、莲子等8个品种和许多优良品系以及优良的菌种。
中科院选育出的优良品种太空椒、果实大，肉质厚，口味佳，单果基本都在200克以上，平均亩产5000公斤左右，比对照增产一倍多，维生素C的含量提高了15%以上，且抗病力强。太空黄瓜96-1，也是利用96年发射的返回式地面卫星搭载的，在地面种植选育了5代。已初步选出产量高，果实大而美观，口感好，Vc含量高的、抗病性强的优良株系，并且进行了过氧化物同工酶检测和RAPD分子标记的初步检测工作。1999年在神舟一号宇宙飞船上搭载了茄子、菜葫芦、美国苋菜、丝瓜等纯自交系纯种蔬菜，通过地面第一代种植现已出现了高产优质的单株，还有待于进一步筛选并对遗传性状稳定的植株进行检测。此外，美国宇航局（NASA）的航天番茄种子，已在北京种植了一代，出现了比较大的分离。俄罗斯空间站搭载过的蔬菜种子（洋葱、生菜、番茄）及美国核潜艇的蔬菜种子（番茄），都已经在中科院怀柔基地种植，并且与俄罗斯科学院从事航天生物学研究的研究单位建立了长期合作关系，俄方已同意协助中方在国际空间站上继续搭载种子，并共同进行合作研究。从目前对卫星、飞船、核潜艇及俄罗斯和平号空间站搭载的种子种植情况来看，都出现了性状分离，但是系统的细胞学检测，生理学及分子生物学的检测工作还做的远远不够。
最近中科院的专家在搭载后的种子机理研究中又有新的发现：认为空间环境可以激活基因组中转座子的活化，从而导致基因组的变异和染色体的变异，这些研究都有待于深入地研究。
据资料显示，目前俄罗斯航天生物局及美国航天生物学家已经认识到太空条件对植物种子产生的变异的重要性，也正在积极进行这方面的研究工作。我国应该在变异机理研究中提供更多的科学依据，对太空中微重力、宇宙辐射、超真空等诸因素对种子诱变的作用及变异机理进行深入的研究。当前迫在眉睫的问题是将现有的优良品种推向大规模生产，将这一高科技成果产业化，因为太空育种培养出来的良种，菌种及试管苗有较高的经济效益和市场需求，而且具有安全性，不属于转基因食品的特点，有着广阔的市场前景，目前已具备了自主权的太空蔬菜、花卉、苗木、菌种及种苗的优良品种（菌种），可以形成一个太空育种的研究体系及产业。
中国是世界上能发射返回式卫星和飞船的三个国家之一，已经成功地发射了22颗返回式卫星和6艘飞船。我国返地式卫星和飞船在空间飞行，一般近地点200KM,远地点为470KM左右，飞行一圈周期为90分钟，此时物体处于微重力，高真空条件下，电子积分能量较高，地面上没有的高能粒子在卫星内活动。在这种特殊条件下飞行一段时间，使处理的生物材料产生突变。因此我国有条件自行进行近地生命科学研究。对植物材料（种子、细胞组织）微生菌种进行空间处理是方便和容易的。由于具有生保系统飞船发射。对于需要空气和温控条件的动植物细胞在空间生长创造了必要的条件。
空间诱变育种和空间制药就是将植物材料（种子、细胞、组织）、微生物生产菌种和动物细胞株等，利用空间飞行器进行处理。空间特殊条件使种子、菌种和细胞株产生大量变异，从中筛出人类需要的高产、优质、有很好的生产价值的变异材料。出售种子也有很好的经济效益。特别是培育出特殊基因品系进行杂交育种，其经济效益更为明显。
从1987年至今我国已经利用卫星和高空气球，搭载了多种作物，数百个品种的种子和无性系材料，获得不少新的性状和产生大量的变异。开展了农作物的诱变选种研究，已从中选出农艺性状优良的水稻、小麦、大麦、棉花、大豆、青椒、西红柿、黄瓜等农作物的突变类型，培育出一些优良的品系在生产上应用，取得很好的经济效益和社会效益。有对水稻大粒型水稻是由空间特殊条件处理种子引起基因突变而来的。在白莲的无性系中也引起深刻的变异，像白莲种出现极早开花的品系，一个节间能长出二片叶子类型，试验证实这些优良性状可以通过无性系保持下来，同样也证明了空间特殊条件是农作物诱变选种的有效的方法。
同时，太空环境可以使牧草、树木诱变，从而筛选出有益的变异，如产量高、经济性能高、速生等优良性状，从而形成太空草业、太空林业，促进经济发展。
目前太空黄瓜杂交育种已收到较好的结果，具有较高的经济效益。
通过微生物菌种筛选，已经选育出效价高、品质优的抗生素和酶制剂菌种，有庆大霉素、泰乐菌素、NIKKO酶素产生菌，高纤维素酶饲料添加剂菌种、高蛋白饲料酵母，高产的灵芝及其优质孢子粉等。有的已经在生产上应用。选育出优良菌种，可以在不增加成本的基础上产量可以几成或成倍的大幅度提高。
总之，空间环境应用可以带动农业、草业、林业、花卉业、微生物制药业、细胞工程等方面的产业发展。
- 发展现状
据资料显示：国外从1960年开始至今已40年，利用卫星搭载研究植物在空间生长发育和遗传变异历史，搭载植物材料50多次，研究了空间条件对植物生长发育和遗传性状的影响。 但是，将空间诱变用于遗传育种，并且形成一定规模的应用范围，无论是从品种培育上还是向产业发展方面，我国目前是走在世界前列的。我们从俄罗斯航天局从事生命科学专家处了解到，美国，俄罗斯虽然搭载种子工作有40年了，但是还是没有与育种相联系的研究成果。也没有形成相关的产业。
- 经验教训
国外虽然从事空间生命科学研究及空间遗传变异研究已有40年历史，但仍还停留在空间条件对其生理和遗传特性的影响。研究在空间条件下的生长发育规律。从理论上获得了一批科学数据，但是从应用角度的工作还未见报道。因为研究生命科学的科学家并不从事育种工作或至少是与育种、林业、花卉的工作脱节的。因此，我国应吸取国外教训，将空间环境利用应用在农业、林业、花卉及制药业。为国民经济发展服务。
- 发展趋势
国外利用卫星搭载，研究植物在空间条件下生长发育和遗传变异，从1960年开始至今已近40年历史，搭载植物材料50多次，研究了空间条件对植物生长发育及其生理和遗传特性的影响；空间微重力、高能粒子对植物种子和植株的影响；植株和细胞在空间条件下生长、发育及其衰老过程；低等植物在空间生长规律等。前苏联曾将枞树种子送入太空，在后代中获得快速生长的植株；美国将番茄种子送上太空长达6年之久，回收后将种子发给中小学生作种植试验，也获得变异的番茄，又将小麦种子放入空间站，完成了在空间从种子发芽到植株再结出小麦种子整个生长发育过程。总之，研究空间条件下植物生长发育规律的目的是：1）了解植物在空间生长规律，改善人在空间生存的小环境；2）解决宇航员的食品；3）利用空间特殊条件，引起植物遗传性的变异，为农作物诱变育种开创新的途径；4）探索宇宙及其他星球中能否生长植物。目前，美国俄罗斯已意识到空间环境的重要、正在重视空间环境的利用。
四、中国太空育种现状
- 发展状况
国人研究空间生命科学的起步不晚，60年代初利用火箭和高空气球等运载工具研究动物在空间条件下生存、心理和生理的变化。但此研究因种种原因曾中途停止。直到1986年“国家863高科技计划”实施后，空间生命科学又重新开始。1987年利用返回式卫星搭载了植物、微生物和昆虫，其中搭载植物25种种子、无性系材料和植物细胞及愈伤组织进行试验，获得大量的变异。发现空间条件对植物种子引起的变异具有变异频率高、变异幅度大，良性变异多，变异性状容易稳定等特点。因此，以后的6次卫星搭载中，重视农作物空间诱变育种的研究。已经从水稻、小麦、大豆、绿豆、青椒、蕃茄、油菜、白莲、石刁柏、黄瓜中获得许多丰产、优质、抗病的新品系和品种，有的已经在生产上发挥作用。证明了空间条件处理种子是农作物诱变育种的一种新的有效方法。今年发射的第一艘飞船中也搭载了少量植物种子和微生物菌种。
1987年以来，我国利用22颗返回式卫星和多次高空气球进行搭载农作物种子，总计有22个省市，70多个单位搭载了65种作物，370多个品种，研究了空间条件对农作物诱变的作用。培育出一批新的突变类型和具有优良农艺性状的新品系和新品种。用卫星处理的水稻种子，其变异频率为12.5%，比地面处理的变异频率提高100倍。
1988年中国科学遗传所与广西农业大学、江西省丰县农科所合作，用卫星处理“包选2号”和“农垦58”水稻品种，在第二、三代中看到大量分离现象，并选出多个丰产、优质的株系，其优良性状很快就能稳定。江西处理的“农垦58”品种后代中于1993年就获得二个丰产品系，单产600公斤以上，稳产在500公斤左右。已经通过中国科学的成果鉴定，还获得大粒型、大穗型、优质米型、黑米和红米型的突变后代，从中可以迁出特殊类型的品系和优质米。并对大粒型水稻进行分子水平基因分析，虽然大粒型变种与对照间在形态上有很大差异，但从吊出的2000个基因谱带中只有5个基因有差异，只有0.25%。初步证明此变异是由空间特殊条件引起基因突变而造成的。广西处理的“包选2号”品种后代中也有类似的变异。
1987年，中科院遗传所与广西农业大学合作，利用高空气球处理粳稻：“中作59”和“海香”二品种，1988年种植，在SP2代中，在形态上产生很大变异，特别从中分离出一些优质米类型，以后又从SP4代中找到能恢复籼稻不育系的株系，经多年坚持研究，已经选育出杂交优势强，结实率在80%以上，种子饱满度好的籼粳亚种间的新组合，1994年已经通过省级鉴定。1996年选出亩产在650公斤以上杂交组合，如能大面积推广将会在农业增产上起作用。
另外从高空气球处理的糯稻品种中，正筛选出亩产500公斤优质糯稻新品种，已经推广试种10万多亩。中科院遗传所与江西省农业科学院水稻所、抚州地区农科所协作研究的卫星处理水稻后代，均出现丰产、抗病、优质和有特殊性状的变异类型，有的在区试中二年都是第一、二名，已经推广试种。
中国科学院遗传所和上海植物生理所在1988和1989年的搭载核迹板定位的小麦种子，均在株高上产生很大变异，获得矮化突变体，其性状能遗传下来，可以防止植株倒伏，植生所选出了丰产、抗倒伏、抗病的“申植1号”新品系。
1990年用高空气球处理的“鲁麦14”品种，在SP2代中出现很多变异株，现在已经选出一个“烟航选2号”，二次在山东省胶东地区品种比较中获得第一名。亩产稳定在1100公斤，已有较大面积种植。
河南省农业科学院小麦研究所搭载的小麦种子，也获得很多变异，从中选出二个品系在品比中无为第一、第二名，其产量在高产基础上每亩还增产35公斤，品质也有变异，蛋白质含量降低，淀粉含量增加，适合制作饼干和方便面条。
1992年卫星搭载的小麦种子，其后代中选项出不少早熟、抗倒伏、耐赤霉病的品系。1994年科学院利用卫星搭载小麦种子也获得很多变异类型，并探索变异规律，取得了一些有益的结果。
1989年利用高空气球处理的“浙农12”大麦种子，1990年种植在田间，当代未观察到变异，收获后第二代种植在温室中，91年春有多个株系产生多穗和穗部产生新的分蘖，该分蘖还能抽穗，开花结实。这种多穗现象在下一年同样条件下种植能重复，而在田间种植时未能重复。说明这种变异只能在一定条件下才能够重复出现，也可能是一种生理性的变异。
1987年黑龙江省农业科学院园艺研究所和中科字遗传所合作用卫星和高空气球搭载青椒种子，在第三代中均出现大果型突变体，单果在250克左右，产量在4000~5000公斤，比生产品种产量高30%以上，形态上卫星处理的与对照品种相似，为四心室，其维生素C的含量提高25%，可溶性固态物提高20%左右。目前已经推广试种万亩以上。这种大果型种子经卫星重复处理后，获得了更早熟的品系，早果产量比对照多十倍。高空气球处理获得的是三心室大果型后代，也有少量种植。
1987年经卫星处理的番茄种子后代，经多年选择已经获得产量比对照高20%以上抗病性强的呼吸系统 。以上两工作均于1992年通过中国科学院成果鉴定。
中科院遗传所1996年卫星搭载的黄瓜，经过地面4代选育，现已获得产量高、风味佳、果型大的新品种96-1，其亩产在1.2万斤左右，单果平均长40厘米，重1000克，最大单果可长达52厘米，重1800克。同时，已以太空黄瓜与密刺型黄瓜进行了杂交，获得了果型大而直，重量达1000克，长度在40厘米的顶花带刺的、具有较高商品价值的黄瓜新品系，为实现太空蔬菜建立杂交育种探索了一条新路。同时，太空黄瓜96-1，可以在极幼嫩时采摘，其口感比普通黄瓜好，有特殊的清香味，即可以作迷你型黄瓜，又可以长大后收获大果型黄瓜，该品种表现出抗霜霉病及植株高大，健壮的特性，如今，太空黄瓜96-1，已扩种在北京良乡、怀柔、密云、以及四川、江苏、江西等地。农民反应很好，中科院农业项目办公室将在今年底组织鉴定。
中科院在神舟1号飞船上控载的蔬菜品种在地面种植一、二代，也出现了可喜的变化，筛选出一些高产单株，如太空茄子最大可达2.2公斤，果实周长62厘米，平均单果重1.5公斤左右。太空葫子，最长可达80厘米，重3400克，平均果实长70厘米，目前，这些种子仍处于不稳定状态，果实出现了大小、形态上的分离，表现出较大的差异，田间选育及细胞学、分子生物学的检测工作正在深入进行。
中科院于1996年返回式卫星控载了20种花卉种子，其中一串红获得了花朵大而花期长、分枝多、矮化性状明显的变化，三色堇花色变为浅黄色，花期更长，万寿菊花期明显增长（从3月17日-11月盛开，花期达9个月），醉蝶变得植株高大，花期长达8个月，矮牵牛出了花色相间、一株上长出不同花色的花朵的现象。八月菊、小丽菊、黑心菊也出现了花朵变大等可喜的变化。
利用太空环境进行高科技育种的优势十分突显，而且又没有增加或减少基因，只是使DNA进行了重组。我们可以十分方便的利用其发生变化的结果，这种利用又被称之为正变异和负变异的商业价值。
经太空环境的种子变异在遗传上有相对的稳定性，而不同杂交品种，同时又有较强的亲合能力，使得尽可能交和转基因的进程成功机率增大。在此基础上充分利用加代繁育技术，不仅能在短时间内培养出相对人类生活需要价值增强性的、新的品系，乃至于新的品种的物种将成为可能。
由于人类利用空间环境的手段和资源相对缺乏，同时亦产生了商机。
上凌生物技术（北京）有限公司长期与中科院遗传发育所进行合作，致力于高科技育种的太空环境育种等技术应用的研究及技术成果的市场拓展，积累了一定的经验。首先可以为市场的客户，提供相对稳定的经过太空环境诱变，且选育培养的花卉、水果、蔬菜、中草药等作物，同时亦可以承接客户需要搭载的植物（符合航天器对搭载物的要求），而且亦可以协助客户进行后期的选育、稳定和扩繁。