航天育種種子的太空旅行

你見過重達200公斤的航天“巨無霸”南瓜嗎，是不是對它的個頭和產(chǎn)量感到不可思議；你賞過多蕊色深的太空金盞菊嗎，對它長達9個月的花期是不是嘖嘖稱奇；還有皮薄肉厚的航天西瓜，有沒有讓你對它的酥脆爽口驚嘆不已呢？

這些神奇的植物都是航天育種的技術(shù)成果，將古老的農(nóng)業(yè)與先進的航天技術(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”？下面，我們就來揭開航天育種背后的秘密。

為啥要讓種子“上天”？

在太空中種出來的土豆是什么樣？馬特·達蒙在《火星救援》中給出了答案，他雖然沒有具體描述出火星土豆的口感，但作為救了他一命的食物，想必味道好極了。在目前的科技條件下，人類到火星種土豆確實是一件只能幻想的事情，但是，吃一口在太空中孕育出來的食物卻早就是一件離普通人很近的事了，我們在餐桌上最常吃到的黃瓜、大豆、玉米等多種作物，很多就有可能是來自太空。

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？

在自然條件下，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)性更強的基因，但是這個過程十分緩慢，而且變異率極低，種子基因突變的概率在百萬分之一以下，而經(jīng)過太空環(huán)境影響可達到千分之五。與常規(guī)育種方式相比，航天育種聽上去似乎很難，其實航天育種跟常規(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上天的過程，通過太空環(huán)境促進種子發(fā)生基因突變，使農(nóng)作物種子有益變異率增高，育種期限縮短，育種成果更為豐富。而且在太空，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。

為什么種子“一上天就好了”，其中的原理科學(xué)家們正在做進一步的研究。

實際上，一粒種子從上天到入地再到結(jié)出果實，這是一個復(fù)雜的過程。第一階段是選種。選擇什么樣的種子搭載上天，要經(jīng)過多重篩選。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？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。而且搭載種子在純度、凈度、發(fā)芽率上均要符合國家作物種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，每份搭載種子的數(shù)量，小粒作物一般應(yīng)在3000粒以上，大粒作物一般應(yīng)在1000粒以上。搭載資源非常有限，每次一百種左右。第二階段是誘變。利用衛(wèi)星和飛船等太空飛行器將植物種子帶上太空，利用特有的太空環(huán)境條件，如宇宙射線、高真空、弱地磁場等因素對植物的誘變作用產(chǎn)生各種基因變異，再返回地面選育出植物的新種質(zhì)、新品種。一般來說，種子搭乘衛(wèi)星上太空轉(zhuǎn)一圈便能“變”出更優(yōu)良的品質(zhì)，比如結(jié)出更大更甜的果實，開出更美的花朵。第三階段為下地。種子隨著搭載的航天器返回地球后，隨即要進行地面選育工作，包括地面種植、觀察、突變體篩選、遺傳穩(wěn)定性鑒定等工作。因為種子的變化是分子層面的，想分清哪些是我們需要的，必須要將這些種子全部種下去，繁殖三四代后，才有可能獲得性狀穩(wěn)定的優(yōu)良突變系植物。

就這樣，經(jīng)過一個漫長的過程，每次太空遨游過的種子都要經(jīng)過連續(xù)幾年的篩選鑒定，其中的優(yōu)系再經(jīng)過考驗和審定才能稱其為真正的“太空種子”。

種子與國家科技的競爭

坐落在北京郊外的北京通州國際種業(yè)科技園區(qū)，被譽為我國的“種子硅谷”。園區(qū)里，駐扎著眾多我國種子行業(yè)的龍頭企業(yè)，這里已經(jīng)成功培育出了太空香蕉、太空樹莓、太空葡萄、太空蘭花、太空百合、太空月季等品種。

一直以來，我國都是種子需求大國，然而，我國種業(yè)的競爭力卻不強，這是擺在我國種業(yè)面前的嚴(yán)峻現(xiàn)實。用中國工程院院士袁隆平的話說，關(guān)鍵時刻，一粒小小的種子可以絆倒一個大國。就拿印度為例，美國種業(yè)巨頭孟山都在2002年將Bt-棉花種子引入印度，從此壟斷了印度的棉花種子市場，導(dǎo)致種子的價格上漲了80倍。所以，這是一場迫在眉睫的科技競賽。

中國是目前世界上三個獨立掌握空間飛行器返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家之一，在航天育種方面，三個國家各有特色。目前美國航天工程育種工作計劃主要涉及在種質(zhì)創(chuàng)新、藥品生產(chǎn)、生物反應(yīng)器等幾個研究領(lǐng)域。俄羅斯的研究重點則是空間植物栽培研究，曾在國際空間站上完成了豌豆的連續(xù)世代循環(huán)栽培，以及成功種植超矮小麥、白菜和油菜等植物。

我國航天育種開始于1987年，但最早主要是國外的公司使用中國的航天器進行搭載。從搭載辣椒、西紅柿種子開始，我國開始了自己的航天育種進程。自1987年以來，在“國家863高科技計劃”的推動下，我國先后13次利用返回式衛(wèi)星和5次飛船及多次高空氣球搭載了70多種植物的2000多個品種的種子，涉及到糧、棉、油、蔬菜、花卉、牧草及中藥材等多方面。已進行的項目有：小麥、水稻、玉米等糧食作物；大豆、綠豆、黑豆等豆類作物；棉花、煙草、香蕉、蓮子等經(jīng)濟作物；油菜、番茄、黃瓜、甜椒、西瓜、甜瓜等蔬菜作物；曼陀羅、蘭花、玫瑰等花卉，紅豆草、紫花苜蓿等牧草，人參、甘草等中藥材。

比如，經(jīng)衛(wèi)星搭載處理后獲得的博優(yōu)721亞種間雜交水稻新組合，大面積畝產(chǎn)量達700多公斤，比當(dāng)?shù)刂髟云贩N增產(chǎn)15%以上；優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的水稻華航1號、芝麻新品種航芝麻1號、食用菌太空金針菇等都受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的普遍歡迎。同時，我國利用航天誘變技術(shù)創(chuàng)造了一批目前利用傳統(tǒng)育種手段較難以獲得的罕見品種，如特早熟小麥、特大粒蓮子太空蓮3號、特大粒紅小豆突變系、特長角果雙底油菜等，將對作物產(chǎn)量和品質(zhì)等主要經(jīng)濟性狀的遺傳改良產(chǎn)生重大影響。

航天育種是個接地氣的實實在在的行業(yè)，已經(jīng)有多個地區(qū)利用這一技術(shù)實現(xiàn)了收益。

經(jīng)歷非凡的“太空種子”安全嗎？

經(jīng)過太空“旅行”的種子會產(chǎn)生變異，那它對人類安全嗎？航天育種是不是轉(zhuǎn)基因？這也是讓很多人疑惑和擔(dān)心的問題，有的人把航天育種跟轉(zhuǎn)基因相提并論，認為通過航天誘變搭載育出的新品種存在著安全問題。

科學(xué)家表示，雖然目前科學(xué)界尚不清楚種子在太空條件下產(chǎn)生誘變的機理，但航天育種是一種安全的育種方式，航天育種不是轉(zhuǎn)基因。轉(zhuǎn)基因是外源基因的導(dǎo)入，而航天育種是自己的基因在變化。即使沒有上太空，種子的基因在地球上也會有變化。在正常情況下，植物種子產(chǎn)生自然變異要經(jīng)歷漫長的過程，或許幾十年，甚至上百年，而航天育種只是使這個速度加快而已，并不存在安全問題。

航天育種是利用宇宙空間諸多特有條件，使作物種子自身染色體發(fā)生變異，航天種子沒有導(dǎo)入外來基因，因此不會產(chǎn)生不良物質(zhì)，安全性完全有保證，人們可以放心食用。早在1996年時科研人員曾做過一個嚴(yán)格的實驗：把經(jīng)過我國第17顆返回式衛(wèi)星搭載的種子，采用專業(yè)的伽馬譜儀測定，發(fā)現(xiàn)它的放射性元素并沒有增加。因此食用太空種子培育和加工生產(chǎn)的糧食、蔬菜等不會存在不良反應(yīng)。