2010年9月2日，在江蘇省泰州市海陵現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園區(qū)，新采摘的巨型南瓜吸引了游人。南瓜直徑近1米，高0.6米，重180公斤，是通過航天育種培育成的新品種。

    新聞背景

    “神舟八號”飛船在與“天宮一號”成功完成兩次對接試驗后，預計將于明晚返回地球。人們在歡呼慶祝我國載人航天工程取得又一個重大技術(shù)突破的同時，注意到“神舟八號”飛船又一次進行了植物種子的空間搭載試驗。這是我國自1987年開始利用返回式衛(wèi)星搭載植物種子以來的第25次種子空間飛行航天育種試驗。

    中國科學家提出航天育種新思路    

    國家航天育種工程首席科學家、中國農(nóng)科院航天育種研究中心主任劉錄祥告訴記者，所謂航天育種，準確地講叫航天誘變育種，是利用航天特殊環(huán)境因素誘變農(nóng)業(yè)生物遺傳改良，具體指利用空間環(huán)境的宇宙粒子、微重力、弱地磁、高真空等綜合因素，在空間環(huán)境對農(nóng)業(yè)生物的誘變作用來產(chǎn)生有益的基因變異，返回地面后通過進一步選育，創(chuàng)造農(nóng)業(yè)育種材料、培育新品種的農(nóng)業(yè)生物高技術(shù)育種新方法。

    1987年8月5日，時任國家863計劃應用生命科學課題責任專家蔣興村研究員，利用我國第九顆返回式科學試驗衛(wèi)星首次成功搭載了一批水稻和青椒等農(nóng)作物種子。當時，搭載農(nóng)作物種子的目的并不是為了育種，只是想看看空間環(huán)境對植物遺傳性是否有影響。但是，科學家在實驗中無意發(fā)現(xiàn)，極個別上過天的種子中發(fā)生了一些意外的遺傳變異。后來人們開始考慮利用這種方式進行農(nóng)作物航天育種。

    早在20世紀60年代初，前蘇聯(lián)及美國的科學家就開始將植物種子搭載衛(wèi)星上天，在返回地面的種子中發(fā)現(xiàn)其染色體畸變頻率有較大幅度的增加。1996年至1999年，俄羅斯等國在“和平號”空間站成功種植小麥、白菜和油菜等植物。到2009年底，美國國家航空航天局所屬的作物生理學實驗室已經(jīng)篩選出適合空間站培植的超矮小麥、水稻、大豆、豌豆、番茄和青椒等作物品種或品系。目前美歐利用國際空間站進行的太空植物試驗研究，最終目的要使宇宙飛船成為“會飛的農(nóng)場”，培育和篩選適應航天環(huán)境生長的不同植物品種是國外航天生物工程研究的重要方向。迄今為止，國外尚未見到有關利用航天誘變進行農(nóng)作物育種的研究報道。

    只有百分之幾的優(yōu)異者才能叫“太空種子”    

    劉錄祥說，并非所有的種子只要上天一轉(zhuǎn)，回到地面就會變得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。衛(wèi)星搭載過的種子只有百分之幾甚或千分之幾可能發(fā)生變異。盡管這一突變率較之傳統(tǒng)的物理及化學誘變劑已相當突出，但仍有不少種子未發(fā)生任何突變或發(fā)生負效應突變。育種家往往要經(jīng)歷至少4至6年的時間，經(jīng)過選擇、淘汰、試種、審定，最終選育出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的精品。因而，從眾多空間飛行過的種子中篩選鑒定出有希望的真正“太空種子”，就成為一項艱苦復雜的工程。

    以小麥為例，我們可以在下面圖表的流程中看到航天育種的全部過程。

    如此培育出的種子如果連續(xù)幾年都表現(xiàn)很好，產(chǎn)量和品質(zhì)超過給出的對照品種，就可以申請國家或省級的品種審定。經(jīng)過審定認可的品種才能叫“太空種子”，并推向市場。

    “太空糧”、“太空菜”是安全的

    那么，人吃了航天育種培育出的農(nóng)作物新品種生產(chǎn)的“太空糧”、“太空菜”，會不會有不良影響呢？

    劉錄祥告訴記者，實踐證明航天育種是安全的，通過航天育種培育出的品種生產(chǎn)加工的食品也是安全的。這是因為在自然環(huán)境中，植物種子實際上也在發(fā)生變異，只是這個變異過程極其緩慢，變異頻率很低，我們稱其為自然變異。早期的植物系統(tǒng)育種方法大都是對這種自然變異的選擇和利用。航天育種是人們有意識地利用空間環(huán)境條件加速生物體的這一變異過程，我們稱其為人工變異。航天育種產(chǎn)生的變異與自然變異在本質(zhì)上是沒有區(qū)別的。太空種子的變異基因還是地面原來種子本身基因變異的產(chǎn)物。

    事實上，國際上普遍用高劑量的核輻射裝置為面包、大米、方便面、脫水蔬菜等消毒滅菌，這些食品都可以直接安全食用，并為多個國際組織所倡導。國際原子能機構(gòu)組織倡導的核輻射誘變培育品種方法，迄今已經(jīng)在世界70多個國家培育出3000多個植物突變品種。人們食用這些理化誘變品種加工出來的食物已經(jīng)50多年了，根據(jù)人們長期的食用經(jīng)驗，理化誘變的食物是無任何危害的。因此，航天育種培育出來的產(chǎn)品是可以放心食用的。 

    “太空種子”已有110種    

    自1987年首次利用返回式衛(wèi)星搭載農(nóng)作物種子開展航天誘變育種，特別是2006年組織實施國家航天育種工程和發(fā)射“實踐八號”育種衛(wèi)星以來，一大批產(chǎn)量和質(zhì)量雙高的新品種脫穎而出。目前，我國已利用航天育種技術(shù)先后在水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、花生、芝麻、番茄、青椒、苜蓿等多種作物上培育出進入省級以上區(qū)域試驗的優(yōu)異新品系200多個，其中特優(yōu)航2號水稻、航麥96小麥、中棉所50棉花等85個農(nóng)作物新品種通過國家或省級品種審(認)定，使得我國利用航天技術(shù)培育的農(nóng)作物新品種總數(shù)達到110個。

    據(jù)不完全統(tǒng)計，“十一五”期間我國利用航天技術(shù)培育的農(nóng)作物新品種累計推廣應用4700多萬畝，增產(chǎn)糧棉油15億公斤，增加社會經(jīng)濟效益20多億元，為提升我國糧食綜合生產(chǎn)能力和農(nóng)產(chǎn)品市場競爭力做出了積極貢獻。

    延伸閱讀  

    航天育種機理

    仍在探索之中

    劉錄祥研究員在接受采訪時表示，目前關于航天誘變的機理仍處于探索研究之中?；旧峡梢苑譃閮煞N研究策略：一是通過對空間環(huán)境中的宇宙線輻射、微重力、弱地磁、高真空等因素分別進行一一排查和分析，來驗證哪些或哪個因素是誘發(fā)種子產(chǎn)生變異的主因；二是通過對空間搭載誘變獲得的突變個體與其原始親本品種進行分子生物學和遺傳學等的比較分析，以尋找突變發(fā)生的內(nèi)在原因。 

    根據(jù)現(xiàn)有研究，可以認為空間誘變的誘因主要是太空中的高能粒子輻射，以及空間微重力的協(xié)同作用。正如前述，空間宇宙線輻射是原因之一。研究發(fā)現(xiàn)當植物種子被宇宙射線中的高能重粒子(HZE)擊中后，會出現(xiàn)更多的染色體畸變，植株異常發(fā)育率增加，而且HZE擊中種子的部位不同，畸變情況亦不同。根尖分生組織和胚軸細胞被擊中時，畸變率最高。不過，許多實驗結(jié)果表明，經(jīng)空間飛行的種子即使沒有被宇宙粒子擊中，發(fā)芽后也能觀察到染色體畸變現(xiàn)象，而且飛行時間愈長，畸變率愈高。這說明微重力對種子亦具有誘變作用。

    航天育種流程(以小麥為例)

    第一代

    搭載回來的種子叫做“第一代種子”，要全部種下去——第一代植株有時也會表現(xiàn)出一些生理變異性狀，但科研人員只是觀察記錄下來，不做任何篩選。

    第二代

    收獲的種子全部再種下去，長出來的叫第二代，這才開始選長得“好”的種子，例如篩選變矮稈的，以便增強抗倒伏性能；篩選穗子變大的，以提高產(chǎn)量；篩選變早熟的，以提早收獲期等等。變異是隨機的，有的變好，有的變“壞”，但我們可以根據(jù)育種目標進行定向選擇。

    第三代

    通過上述篩選，選擇出第三代種子繼續(xù)播種，目的是看這些突變性狀是否真正能夠穩(wěn)定遺傳。

    群體比較和異地試種

    經(jīng)過進一步篩選，再進行一定規(guī)模的群體比較試驗，有時還要拿到河北、山東、河南等多個試驗點去異地試種鑒定，看看在不同環(huán)境下是否都能表現(xiàn)出優(yōu)良性狀。