圖為“航椒8號(hào)”種苗。

    太空種子選拔流程  制圖：王澎劉耘竹

 
 
    圖為成串的航天番茄。
 

編者按

    談到航天作物，你會(huì)首先想到什么？

    一畝地產(chǎn)辣椒5000公斤，一根豇豆1米長(zhǎng)，一個(gè)茄子重3斤……大多數(shù)人可能會(huì)想到這些高產(chǎn)量的航天蔬菜新品種。其實(shí)除了這些，還有耐鹽堿、抗干旱能力強(qiáng)的“航天一號(hào)”小麥；適合做糕點(diǎn)、口感好的弱筋小麥“太空五號(hào)”；適合做面條、餃子的中強(qiáng)筋小麥“航麥96號(hào)”……航天育種為我國農(nóng)作物新品種選育提供了更多優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源。

    而在這些優(yōu)質(zhì)航天品種通過審定之前，要經(jīng)過和常規(guī)育種相差無幾甚至更為繁瑣的選育過程。本期《前沿》將帶您繼續(xù)了解航天育種，為您揭秘種子從太空返回地面后的經(jīng)歷。

    本報(bào)記者 吳曉燕 魯明 石亞楠 李竟涵 文/圖

    經(jīng)過一番太空旅行返回地面的種子，其中只有很少一部分能通過篩選，成為獲得推廣種植機(jī)會(huì)的“航天種子”。從“榮歸故里”到成為“航天種子”，背后是科研人員大量嚴(yán)謹(jǐn)而又繁瑣的工作。

    “這是一個(gè)非常精細(xì)的活，需要反復(fù)的考慮、觀察，反復(fù)的選擇，10年間我們一直沒有間斷過。”談到選育“航天玉米”的過程，甘肅省航天育種工程技術(shù)研究中心副主任、天水神舟綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司副總經(jīng)理高彥輝這樣說。

    經(jīng)過如此繁復(fù)程序選育出的“航天種子”，和一般種子相比有哪些優(yōu)勢(shì)？其大面積推廣種植會(huì)給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來怎樣的變化？生產(chǎn)出的農(nóng)產(chǎn)品能不能走進(jìn)日常生活，成為安全放心的食品？

    1怎樣選出好種子？

    從太空返回地面后，種子的選育要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的過程，短則四五年，長(zhǎng)則十余載，其中以糧食作物選育周期最長(zhǎng)。運(yùn)用分子標(biāo)記能縮短這一周期。

    “從完成航天搭載，到選取育種材料，再到最終育種完成，多數(shù)作物要經(jīng)歷一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。”高彥輝說。從2002年開始到現(xiàn)在，他們已經(jīng)選育認(rèn)定了34個(gè)蔬菜品種和1個(gè)冬小麥品種。其中，育種周期最短的是5年，最長(zhǎng)的經(jīng)歷了13年。

    創(chuàng)造該中心育種周期最短紀(jì)錄的品種是“航椒3號(hào)”。記者查看了它的“出生記錄”：進(jìn)入選育環(huán)節(jié)的前兩年里，每一年選育種植兩茬，選育四代后實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定；從第三年開始，上半年配置自交組合，到秋冬茬做觀察試驗(yàn)，同步品比試驗(yàn)；第四年再做一個(gè)組合的品比試驗(yàn)，把品種的數(shù)據(jù)性狀重復(fù)觀察一年，同步開始區(qū)域試驗(yàn)；第五年，同步進(jìn)行區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)試驗(yàn)。

    “這是一個(gè)理想狀態(tài)，一切都很順利。”高彥輝說，實(shí)際上，許多航天品種無法如此“幸運(yùn)”，都是在長(zhǎng)達(dá)幾年的時(shí)間里，不斷地反復(fù)進(jìn)行選育、試驗(yàn)，其中尤以糧食最長(zhǎng)。

    高彥輝以正在進(jìn)行區(qū)域試驗(yàn)的“航天玉米”為例向記者詳細(xì)解釋：“在田間選育時(shí)，有些種子第一代沒有任何突變表現(xiàn)，到第二代才有表現(xiàn)。而且我們?nèi)绻己似渥蚜５闹笜?biāo)，光憑穗形、穗粒無法判斷，必須等到成熟。所以一般糧食作物選育周期都比較長(zhǎng)，而且難度大。”選育品種穩(wěn)定后還要進(jìn)行預(yù)備試驗(yàn)和區(qū)域試驗(yàn)。進(jìn)入?yún)^(qū)域試驗(yàn)后，如果選育品種達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，該品種也有可能被淘汰。

    為了縮短種子的選育周期，北京神舟綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司從國外進(jìn)口了高分量分子標(biāo)記平臺(tái)，用分子標(biāo)記對(duì)DNA進(jìn)行篩選。公司科研人員李晶照告訴記者：“通過這套高效率的分子鑒定設(shè)備，我們坐在實(shí)驗(yàn)室里就可以選出好的苗。而且小麥、玉米等糧食作物也不需要種到田里長(zhǎng)成后才發(fā)現(xiàn)問題，大大縮短了育種周期。目前我們運(yùn)用這套設(shè)備已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多抗病基因。”

    2航天品種有啥用？

    除了“大”，航天品種可選擇面非常廣。都是航天辣椒，“航椒4號(hào)”紅色素含量高，是做辣椒面、辣椒油的好原料；“航椒7號(hào)”加工豆瓣醬能比普通辣椒多產(chǎn)5%的醬，被選為郫縣豆瓣醬的主要原料。

    1米長(zhǎng)的豇豆、200公斤的南瓜……人們對(duì)航天作物的第一印象往往是“大”。其實(shí)除此之外，航天育種的可選擇面還非常廣。

    例如產(chǎn)量的提高。“某一作物的種子以前沒有特別適合選育高產(chǎn)的，現(xiàn)在通過航天搭載后，它的某一個(gè)突變體適合選育高產(chǎn)，我們就可以將其作為父本或母本，進(jìn)行雜交選育。”高彥輝說。2014年，他們選育的“航天玉米”已進(jìn)入遼寧省、甘肅省區(qū)域試驗(yàn)階段，從目前的比較試驗(yàn)來看，糧飼兼用型的“航天玉米”比所選的對(duì)照品種產(chǎn)量要好。而北京神舟綠鵬公司培育的“航椒8號(hào)”，產(chǎn)量能比一般品種提高20%。

    在北京神舟綠鵬公司的育苗工廠里，各種航天蔬菜遍布其中，成串的航天番茄、螺旋狀的航天辣椒、耐寒高產(chǎn)的航天香蕉……一片生機(jī)盎然。對(duì)航天辣椒“航椒8號(hào)”的螺旋狀外觀，記者有些好奇，這種外形對(duì)辣椒口感有什么影響嗎？公司產(chǎn)品經(jīng)理?xiàng)畲T告訴記者：“果實(shí)呈螺旋狀，內(nèi)部白色的筋就比較多，這些白色的筋是分泌辣味的組織，因此辣椒就會(huì)更辣。”

    同樣是辣椒，在天水國家農(nóng)業(yè)科技園區(qū)綠鵬公司的展廳內(nèi)，記者看到了通過航天育種培育的新品種。高彥輝指著其中一種介紹，這是“航椒4號(hào)”，紅色素含量高，加工辣椒面的7個(gè)指標(biāo)中4項(xiàng)超過國家標(biāo)準(zhǔn)，是做辣椒面、辣椒油的好原料；又拿起另一個(gè)體形較長(zhǎng)的辣椒告訴記者，這是“航椒7號(hào)”，可溶性固形物含量高，用它加工豆瓣醬能比普通辣椒多產(chǎn)5%的醬，被四川郫縣選為豆瓣醬生產(chǎn)的主要原料，目前在以“公司+基地”的模式進(jìn)行大規(guī)模訂單生產(chǎn)。

    目前，天水神舟綠鵬公司培育的辣椒、番茄、茄子、小麥等35個(gè)航天新品種在全國的25個(gè)省區(qū)都有種植，航天蔬菜種植面積就已累計(jì)達(dá)到247萬畝。

    而北京神舟綠鵬公司則利用組培來大批量繁殖植株。李晶照告訴記者：“組培最大的優(yōu)勢(shì)就是加快植株的培育過程。一粒種子結(jié)出果實(shí)需要漫長(zhǎng)的培育時(shí)間，至少要經(jīng)過一代的生長(zhǎng)期，而組培繁殖需要的時(shí)間大大縮短，一兩個(gè)月就可以了。”組培技術(shù)培育的太空月季花種苗只有一顆葡萄大小，但是花朵完整，可以直接取出栽培種植。

    3航天食品安全嗎？

    航天育種是作物本身的基因重組，沒有引入外源基因，不存在安全問題，可以放心食用。從操作過程看，部分航天種苗處理要求更為嚴(yán)格。

    “太空南瓜個(gè)兒挺大，看上去不錯(cuò)，就是不知道吃著放不放心？”對(duì)于航天食品的安全性，不少人還存在擔(dān)憂。

    問到食用航天食品的安全性，高彥輝肯定地說：“1981年，國際糧農(nóng)組織、國際衛(wèi)生組織和國際原子能機(jī)構(gòu)就曾對(duì)航天育種培育出種子的安全性做過認(rèn)定，認(rèn)為完全達(dá)到規(guī)定指標(biāo)要求，不存在安全問題，對(duì)人體沒有威脅，可以放心食用。”

    航天育種和轉(zhuǎn)基因是否相同？高彥輝解釋道：“航天育種誘變是作物本身的基因重組。比如，某個(gè)辣椒種子的基因鏈排序原本是12345，太空搭載后，特殊的作用使其基因鏈斷裂、重組為13245或其它排序，從而顯現(xiàn)出不同特征，但都只是其自身內(nèi)部的基因段變化，沒有注入外部其它物種的基因，在這點(diǎn)上它不同于轉(zhuǎn)基因。”他告訴記者，早在上世紀(jì)六十年，我國就開始進(jìn)行作物輻射誘變育種，當(dāng)時(shí)的方法是將種子放進(jìn)特殊裝置中，然后放入深井，采用鈷60輻射，使其發(fā)生誘變。航天育種則是通過太空搭載，利用太空的特殊環(huán)境，造成種子本身基因的變化，實(shí)現(xiàn)誘變。

    對(duì)此，李晶照也有同樣的看法：“航天食品非常安全，我們公司食堂做菜都是用自己航天育種的成果。航天育種跟自然環(huán)境下的基因突變?cè)硎且粯拥?，只是手段不一樣，都是自身基因?yàn)榱诉m應(yīng)外界環(huán)境發(fā)生的突變。轉(zhuǎn)基因是發(fā)現(xiàn)一些好的基因，比如抗病性、豐產(chǎn)性基因，就把這些基因從一個(gè)物種轉(zhuǎn)到另一個(gè)物種里，其基因是外源轉(zhuǎn)入的。”

    在北京神舟綠鵬公司記者發(fā)現(xiàn)，航天種苗的處理相對(duì)更為嚴(yán)格，要做到全程無菌化。來到培育實(shí)驗(yàn)室，記者問技術(shù)員劉次次：“可以進(jìn)去看看嗎？”她笑著說：“可以啊，不過這是全程無菌化的實(shí)驗(yàn)室，要把你‘消毒’一下才可以進(jìn)去。”經(jīng)過紫外線消毒等程序，穿上專門的工作服，記者才得以進(jìn)入組培實(shí)驗(yàn)室。

    劉次次告訴記者：“這個(gè)實(shí)驗(yàn)室主要是進(jìn)行航天搭載試管苗的篩選及新品種的脫毒快繁。有細(xì)菌繁殖，育出的苗就容易生病。”

    神舟系列飛船搭載物種詳情

    神舟一號(hào)（1991年）：各10克左右的青椒、玉米、大麥、小麥、水稻、蘿卜、香青菜、櫻桃、番茄、菜椒、西瓜、甜瓜、豇豆、甘草、板藍(lán)根等30多種種子。神舟二號(hào)（2001年）：石刁柏、圓紅蘿卜和總計(jì)重量為100克的番茄、黃瓜、卷心菜、青菜等4種蔬菜的2萬粒良種等。神舟三號(hào)（2002年）：無核試管葡萄苗、常春藤、樹梅、冷被石竹草、苜蓿草、葛藤等植物種子。神舟四號(hào)（2002年）：首次將杜康酒曲及植物種苗紅豆杉的組胚試管苗帶上了天。還包括向日葵、蝴蝶蘭、煙草、雅安黃連槐、水稻、小麥、棉花、玉米、大豆、蔬菜、水果、藥材等上百種種子或樣品。神舟五號(hào)（2003年）：臺(tái)灣的青椒、西紅柿、稻米、芒果、香蕉、玉米、菊花、梅花與蘭花，金門的一條根、潺槁樹，馬祖的紅花石蒜等36種。神舟六號(hào)（2005年）：地被菊、一串紅、孔雀草、雜交石竹、普洱茶、微生物菌種、雞蛋、蠶卵等。神舟七號(hào)（2008年）：包括微生物菌種、雜交水稻和辣椒、茄子、番茄、黃瓜、蘿卜、珙桐、鵝掌楸等87個(gè)品系。其中微生物菌種包括靈芝等；雜交水稻包括“洲A”和“洲B”兩種。神舟八號(hào)（2011年）：桂花樹、羅漢果、蘆竹、葡萄種子和“日本晴”的水稻品種等33種生物樣品。神舟九號(hào)（2012年）：云南普洱茶的種子、國內(nèi)各科研單位和企業(yè)的農(nóng)作物的種子和微生物，以及珙桐、普陀鵝耳櫪、望天樹、大樹杜鵑等4種瀕危植物種子等。神舟十號(hào)（2013年）：來自澳門的100克人參種子和31克西洋參種子、福建名茶大紅袍與正山小種的種子和茄子、番茄、黃瓜、西瓜、甜瓜、紅豆杉等品種。    本報(bào)記者李竟涵整理