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(guò)航天育種培育成的新品種。
新聞背景
“神舟八號(hào)”飛船在與“天宮一號(hào)”成功完成兩次對(duì)接試驗(yàn)后，預(yù)計(jì)將于明晚返回地球。人們?cè)跉g呼慶祝我國(guó)載人航天工程取得又一個(gè)重大技術(shù)突破的同時(shí)，注意到“神舟八號(hào)”飛船又一次進(jìn)行了植物種子的空間搭載試驗(yàn)。這是我國(guó)自1987年開始利用返回式衛(wèi)星搭載植物種子以來(lái)的第25次種子空間飛行航天育種試驗(yàn)。
中國(guó)科學(xué)家提出航天育種新思路
國(guó)家航天育種工程首席科學(xué)家、中國(guó)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(zhǔn)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(duì)農(nóng)業(yè)生物的誘變作用來(lái)產(chǎn)生有益的基因變異，返回地面后通過(guò)進(jìn)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(shí)任國(guó)家863計(jì)劃應(yīng)用生命科學(xué)課題責(zé)任專家蔣興村研究員，利用我國(guó)第九顆返回式科學(xué)試驗(yàn)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(dāng)時(shí)，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(duì)植物遺傳性是否有影響。但是，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)中無(wú)意發(fā)現(xiàn)，極個(gè)別上過(guò)天的種子中發(fā)生了一些意外的遺傳變異。后來(lái)人們開始考慮利用這種方式進(jìn)行農(nóng)作物航天育種。
早在20世紀(jì)60年代初，前蘇聯(lián)及美國(guó)的科學(xué)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(guó)在“和平號(hào)”空間站成功種植小麥、白菜和油菜等植物。到2009年底，美國(guó)國(guó)家航空航天局所屬的作物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)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(guó)際空間站進(jìn)行的太空植物試驗(yàn)研究，最終目的要使宇宙飛船成為“會(huì)飛的農(nóng)場(chǎng)”，培育和篩選適應(yīng)航天環(huán)境生長(zhǎng)的不同植物品種是國(guó)外航天生物工程研究的重要方向。迄今為止，國(guó)外尚未見到有關(guān)利用航天誘變進(jìn)行農(nóng)作物育種的研究報(bào)道。
只有百分之幾的優(yōu)異者才能叫“太空種子”
劉錄祥說(shuō)，并非所有的種子只要上天一轉(zhuǎn)，回到地面就會(huì)變得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。衛(wèi)星搭載過(guò)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(xué)誘變劑已相當(dāng)突出，但仍有不少種子未發(fā)生任何突變或發(fā)生負(fù)效應(yīng)突變。育種家往往要經(jīng)歷至少4至6年的時(shí)間，經(jīng)過(guò)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(guò)的種子中篩選鑒定出有希望的真正“太空種子”，就成為一項(xiàng)艱苦復(fù)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(guò)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(guò)給出的對(duì)照品種，就可以申請(qǐng)國(guó)家或省級(jí)的品種審定。經(jīng)過(guò)審定認(rèn)可的品種才能叫“太空種子”，并推向市場(chǎng)。
“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(huì)不會(huì)有不良影響呢？
劉錄祥告訴記者，實(shí)踐證明航天育種是安全的，通過(guò)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?yàn)樵谧匀画h(huán)境中，植物種子實(shí)際上也在發(fā)生變異，只是這個(gè)變異過(guò)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(duì)這種自然變異的選擇和利用。航天育種是人們有意識(shí)地利用空間環(huán)境條件加速生物體的這一變異過(guò)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(lái)種子本身基因變異的產(chǎn)物。
事實(shí)上，國(guó)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(gè)國(guó)際組織所倡導(dǎo)。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)組織倡導(dǎo)的核輻射誘變培育品種方法，迄今已經(jīng)在世界70多個(gè)國(guó)家培育出3000多個(gè)植物突變品種。人們食用這些理化誘變品種加工出來(lái)的食物已經(jīng)50多年了，根據(jù)人們長(zhǎng)期的食用經(jīng)驗(yàn)，理化誘變的食物是無(wú)任何危害的。因此，航天育種培育出來(lái)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(shí)施國(guó)家航天育種工程和發(fā)射“實(shí)踐八號(hào)”育種衛(wèi)星以來(lái)，一大批產(chǎn)量和質(zhì)量雙高的新品種脫穎而出。目前，我國(guó)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(jìn)入省級(jí)以上區(qū)域試驗(yàn)的優(yōu)異新品系200多個(gè)，其中特優(yōu)航2號(hào)水稻、航麥96小麥、中棉所50棉花等85個(gè)農(nóng)作物新品種通過(guò)國(guó)家或省級(jí)品種審(認(rèn))定，使得我國(guó)利用航天技術(shù)培育的農(nóng)作物新品種總數(shù)達(dá)到110個(gè)。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，“十一五”期間我國(guó)利用航天技術(shù)培育的農(nóng)作物新品種累計(jì)推廣應(yīng)用4700多萬(wàn)畝，增產(chǎn)糧棉油15億公斤，增加社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益20多億元，為提升我國(guó)糧食綜合生產(chǎn)能力和農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力做出了積極貢獻(xiàn)。
延伸閱讀
航天育種機(jī)理
仍在探索之中
劉錄祥研究員在接受采訪時(shí)表示，目前關(guān)于航天誘變的機(jī)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(guò)對(duì)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(jìn)行一一排查和分析，來(lái)驗(yàn)證哪些或哪個(gè)因素是誘發(fā)種子產(chǎn)生變異的主因；二是通過(guò)對(duì)空間搭載誘變獲得的突變個(gè)體與其原始親本品種進(jìn)行分子生物學(xué)和遺傳學(xué)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(rèn)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(dāng)植物種子被宇宙射線中的高能重粒子(HZE)擊中后，會(huì)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(xì)胞被擊中時(shí)，畸變率最高。不過(guò)，許多實(shí)驗(yàn)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(shí)間愈長(zhǎng)，畸變率愈高。這說(shuō)明微重力對(duì)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(lái)的種子叫做“第一代種子”，要全部種下去——第一代植株有時(shí)也會(huì)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(lái)，不做任何篩選。
第二代
收獲的種子全部再種下去，長(zhǎng)出來(lái)的叫第二代，這才開始選長(zhǎng)得“好”的種子，例如篩選變矮稈的，以便增強(qiáng)抗倒伏性能；篩選穗子變大的，以提高產(chǎn)量；篩選變?cè)缡斓模蕴嵩缡斋@期等等。變異是隨機(jī)的，有的變好，有的變“壞”，但我們可以根據(jù)育種目標(biāo)進(jìn)行定向選擇。
第三代
通過(guò)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(guò)進(jìn)一步篩選，再進(jìn)行一定規(guī)模的群體比較試驗(yàn)，有時(shí)還要拿到河北、山東、河南等多個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)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。
