編者按

    航天這一最先進(jìn)的技術(shù)領(lǐng)域和農(nóng)業(yè)這一最古老的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)相遇，會碰撞出怎樣的火花？從1987年第一批農(nóng)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(jīng)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(zhì)的“空中育種基地”。

    一粒普通的農(nóng)作物種子，經(jīng)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(chǎn)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(shù)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(jīng)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(chǎn)生變異。返回地面后再根據(jù)需要進(jìn)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(dá)200公斤的航天“巨無霸”南瓜，對它的個頭和產(chǎn)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(dá)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(nóng)業(yè)與先進(jìn)的航天技術(shù)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(shù)研究中心和北京神舟綠鵬農(nóng)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(jīng)過太空環(huán)境影響可達(dá)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(nóng)業(yè)科技有限公司董事長趙輝告訴記者：“航天育種其實(shí)跟常規(guī)育種沒有本質(zhì)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(jìn)種子發(fā)生基因突變，使農(nóng)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(shù)？這一技術(shù)相較于其他育種方式有什么優(yōu)點(diǎn)？該公司產(chǎn)品經(jīng)理楊碩認(rèn)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(yīng)性更強(qiáng)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(chǎn)品器官變大、口味變好等，就從野生環(huán)境把它挖回來，進(jìn)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(shí)證明，上過天的種子誘變率高，一般能達(dá)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(yīng)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(qiáng)，一般太空種子的成活率能夠達(dá)到90%以上。”

哪些種子有機(jī)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(chǎn)上存在一定問題的種質(zhì)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(jī)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(nóng)業(yè)科技有限公司是國內(nèi)較早開展航天育種的企業(yè)之一。從2002年開始，公司已進(jìn)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(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所、中國空間技術(shù)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(shù)研究中心。

    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)理高彥輝說：“在搭載種子的選擇上我們有一套嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，必須要選擇純系自交種。如果再嚴(yán)格一點(diǎn)，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(jī)械混雜。”

    我國農(nóng)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(jié)：“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(biāo)規(guī)劃的品種，在市場上有很大的需求但是生產(chǎn)上還存在一定問題的種質(zhì)材料，比如通過航天搭載解決國內(nèi)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)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(jīng)過空間誘變后變成什么樣子無法預(yù)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(diǎn)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(fù)，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(jīng)過空間誘變后，具體能變異多少，變成什么樣子，無法預(yù)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(zhì)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(jī)率，為農(nóng)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(biāo)的。“不是上過天的種子都能叫航天種子，不符合育種目標(biāo)的種子就會被剔除掉，這個概率通常高達(dá)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(biāo)的種子，已經(jīng)篩過一遍了，目前在做第二代篩選。第一遍會把果實(shí)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(biāo)，果型好、品質(zhì)性狀好、產(chǎn)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(jīng)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(xué)試驗衛(wèi)星的成功發(fā)射，一批水稻和青椒等農(nóng)作物種子被送向太空，這是我國農(nóng)作物種子的首次太空之旅。

    2003年4月，經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，國家發(fā)改委、財政部、國防科工委批復(fù)了農(nóng)業(yè)部、中國航天科技集團(tuán)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(shí)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(nóng)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(jìn)行了24次航天育種搭載試驗，試驗品種達(dá)1200多種，利用航天育種技術(shù)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(jì)60年代初，前蘇聯(lián)及美國的科學(xué)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(jì)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(nóng)場”，解決宇航員的食品自給問題。