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編者按 航天這一最先進的技術領域和農業(yè)這一最古老的傳統(tǒng)產業(yè)相遇，會碰撞出怎樣的火花？從1987年第一批農作物種子被送上太空，到“神十”搭載人參、福建名茶種子，中國的航天育種已經走過了近30年的歷程，返回式航天器“載種”的歷史比“載人”歷史更為悠久，成為優(yōu)質的“空中育種基地”。 一粒普通的農作物種子，經過衛(wèi)星、飛船的搭載，通過特殊的太空環(huán)境使自身基因產生變異，其中一些有幸成為萬眾矚目的“航天明星”。那么究竟什么樣的種子有資格飛向太空？它們在太空中會有怎樣的旅程？本期《前沿》將為您揭開航天育種的神秘面紗。 本報記者 吳曉燕 魯明 石亞楠 李竟涵 什么是航天育種？ 航天育種也稱為空間技術育種或太空育種，是一種誘變育種。普通作物種子通過搭載返回式航天器，在宇宙空間中經過高能粒子輻射、高真空、微重力等多種因素作用，使作物自身基因產生變異。返回地面后再根據(jù)需要進行常規(guī)選育，從而培育出一種優(yōu)于原有品種特性的新品種或新品系。 您可能見過重達200公斤的航天“巨無霸”南瓜，對它的個頭和產量感到不可思議；您可能賞過多蕊色深的太空金盞菊，對它長達9個月的花期嘖嘖稱奇；您可能吃過皮薄肉厚的航天西瓜，對它的酥脆爽口驚嘆不已。 航天育種，將古老的農業(yè)與先進的航天技術連接在一起，給育種蒙上了一層神秘面紗。與常規(guī)育種相比，航天育種有什么不同？一粒普通種子，怎樣演變成“太空種子”？ 帶著這些問題，記者分別探訪了甘肅省航天育種工程技術研究中心和北京神舟綠鵬農業(yè)科技有限公司，揭開航天育種背后的秘密。 為啥要讓種子“上天”？ 自然條件下，種子基因突變概率在百萬分之一以下，經過太空環(huán)境影響可達到千分之五；而且太空種子成活率比人工誘變高得多。 與常規(guī)育種方式相比，航天育種聽上去似乎難以企及，然而北京神舟綠鵬農業(yè)科技有限公司董事長趙輝告訴記者：“航天育種其實跟常規(guī)育種沒有本質區(qū)別，它只是在常規(guī)育種的層面增加了讓種子材料上天的過程，通過宇宙射線、超真空、微重力等特殊的太空環(huán)境促進種子發(fā)生基因突變，使農作物種子有益變異率高，育種期限縮短，育種材料更為豐富。” 那么，為什么要發(fā)展航天育種技術？這一技術相較于其他育種方式有什么優(yōu)點？該公司產品經理楊碩認為，與常規(guī)育種相比，航天育種只是誘變的手段不同。自然條件下，隨著環(huán)境的改變種子也會發(fā)生基因突變，環(huán)境會篩選出適應性更強的基因。但是這個過程是緩慢而又被動的，而且變異率極低。通過有意識把種子送上天的方式，因為太空環(huán)境的誘變，基因的有益變異率大大增加，基因選育就會更為主動。 “人們在自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了突變材料，有一些好的性狀，比如產品器官變大、口味變好等，就從野生環(huán)境把它挖回來，進行人工種植，這是自然選擇，概率通常在百萬分之一以下。為什么‘一上天就好了’，我們也在研究其中的原理。但是事實證明，上過天的種子誘變率高，一般能達到千分之五。”楊碩說。 受航天育種的啟發(fā)，科研人員也試圖通過控制地面現(xiàn)有的輻照條件增加種子的基因突變率。但是人工誘變的致死率高，應用效果差，最終種子的存活率比航天育種低得多，趙輝這樣解釋其中的原因：“地面輻照采用伽馬射線，更多作用于種子表面，劑量不好控制，致死的概率高。而在太空，各種輻照、射線都有，更多的是粒子輻射，穿透力很強，一般太空種子的成活率能夠達到90%以上。” 哪些種子有機會飛上太空？ “太空種子”必須選擇具有穩(wěn)定遺傳性狀的純系自交種；品種上，一般選擇市場需求大但生產上存在一定問題的種質材料。 日常在市場上流通的種子能被選入太空嗎？楊碩告訴記者：“通常是科研院所收集和積累的一些精品材料，并不是在市場上流通的種子。” 究竟什么樣的種子能夠通過篩選，獲得成為“太空種子”的機會呢？據(jù)了解，只有具有穩(wěn)定遺傳性狀的純系自交種才能被搭載上天，雜交種子由于發(fā)生性狀改變的原因比較難以解釋一般不能上天。 天水神舟綠鵬農業(yè)科技有限公司是國內較早開展航天育種的企業(yè)之一。從2002年開始，公司已進行航天搭載種子11次，包括蔬菜、牧草、中藥材、小麥、玉米等999個品系。2001年，由天水市政府牽頭，公司與中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所、中國空間技術研究院合作，在天水建立了中國西部航天育種基地。2007年三方又聯(lián)合成立了甘肅省航天育種工程技術研究中心。 甘肅省航天育種工程技術研究中心副主任、天水神舟綠鵬農業(yè)科技有限公司副總經理高彥輝說：“在搭載種子的選擇上我們有一套嚴格的標準，必須要選擇純系自交種。如果再嚴格一點，需要選取同一株系上的種子，以最大限度保證種子是純的自交種，避免機械混雜。” 我國農作物品種繁多，航天育種一般會選擇什么樣的品種呢？楊碩這樣總結：“市場需求決定航天育種。我們一般輸送國家科研項目重視的品種或公司發(fā)展目標規(guī)劃的品種，在市場上有很大的需求但是生產上還存在一定問題的種質材料，比如通過航天搭載解決國內番茄品種抗病性差的問題。” 而高彥輝告訴記者：”在品種上，我們主要選擇農業(yè)生產非常普遍的品種或地方特色優(yōu)勢品種來搭載。” “上天”之后會有什么變化？ 種子經過空間誘變后變成什么樣子無法預料，沒有規(guī)律可循，甚至同一粒種子前后兩次搭載其變異過程都不相同。 高彥輝告訴記者，通過航天搭載后的種子，誘變后會出現(xiàn)多種不同特點的突變體，每一粒種子都會呈現(xiàn)出不同的特性，沒有方向性，不會重復，沒有規(guī)律可循，甚至同一粒種子前后兩次搭載其變異過程都不同。“種子經過空間誘變后，具體能變異多少，變成什么樣子，無法預料。” 因為航天育種這種不可琢磨、無法掌控的多變特征，極大地豐富了種質資源，縮短了種子選育周期，提高了后期配置雜交種的育成機率，為農作物新品種的選育開辟了一條高效途徑。 也因為空間誘變效果的不可掌控，其中一些變異是不符合育種目標的。“不是上過天的種子都能叫航天種子，不符合育種目標的種子就會被剔除掉，這個概率通常高達97%到99%。”楊碩說。 她指著育苗工廠里的一壟蘿卜告訴記者：“這是‘神十’搭載的蘿卜種子，要通過種植篩選出符合育種目標的種子，已經篩過一遍了，目前在做第二代篩選。第一遍會把果實變小、畸形的、抗病性差的剔除掉。第二代選擇出符合育種目標，果型好、品質性狀好、產量高的蘿卜，通過處理以后開花、采種，然后再種下去，到三代五代之后性狀表現(xiàn)比較穩(wěn)定的，才能證明在遺傳上已經發(fā)生了有利的突變。有一些種子上天以后并沒有真正發(fā)生基因上的改變，只是環(huán)境修飾造成的一些外觀改變。” 我國航天育種發(fā)展歷程： 1987年8月5日，隨著我國第九顆返回式科學試驗衛(wèi)星的成功發(fā)射，一批水稻和青椒等農作物種子被送向太空，這是我國農作物種子的首次太空之旅。 2003年4月，經國務院批準，國家發(fā)改委、財政部、國防科工委批復了農業(yè)部、中國航天科技集團聯(lián)合編制的航天育種工程項目可行性研究報告，航天育種工程項目正式啟動。 2006年9月，“實踐八號”育種衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，這是我國第一顆專門用于航天育種的衛(wèi)星。衛(wèi)星上裝載了糧、棉、油、蔬菜、林果花卉等9大類2000余份約215公斤農作物種子和菌種，搭載數(shù)量和種類是我國自1987年開展航天育種研究以來規(guī)模最大的一次。 截至目前，我國共進行了24次航天育種搭載試驗，試驗品種達1200多種，利用航天育種技術先后培育出水稻、小麥、玉米、大豆、油菜、棉花、花生、芝麻、番茄、青椒、苜蓿等多種作物新品種。 國外航天育種情況： 二十世紀60年代初，前蘇聯(lián)及美國的科學家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。 二十世紀80年代中期，美國將番茄種子送上太空，在地面試驗中也獲得了變異的番茄，種子后代無毒，可以食用。 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。 目前國外搭載的植物種子主要用于分析空間環(huán)境對于宇航員的安全性；使宇宙飛船成為“會飛的農場”，解決宇航員的食品自給問題。 |
