種在太空

馬迪

如何能夠在短時間內(nèi)選育出優(yōu)良品種呢？人們把目光投向了天空。

“這是一個人的一小步，卻是人類的一大步?！?/p>

1969年7月21日凌晨，宇航員阿姆斯特朗和奧爾德林踏上月球表面，留下了腳印、美國國旗和紀(jì)念牌，帶走了一些巖石樣本和6千克的“月球土壤”。

嚴(yán)格來講，月壤并不能算是真的土壤，它只是巖石的碎屑，不含有機(jī)質(zhì)—月亮上不僅沒有嫦娥玉兔，連能種植月桂樹的土地都沒有。這就是宇宙向我們展示的真面目：空曠、嚴(yán)酷、了無生機(jī)，但即使這樣，人類仍然沒有放棄在太空中培育生命的努力。

從一萬多年前農(nóng)業(yè)文明的曙光開始，人類就在不停地對賴以裹腹的農(nóng)作物進(jìn)行著人工選育—從雜草一樣的野生小麥到現(xiàn)在穗大粒沉的小麥品系，從果粒屈指可數(shù)的野生類蜀黍到現(xiàn)代玉米，人們把攜帶不同優(yōu)良性狀的品系雜交，得到更適合自己的作物。但是，極低的自然突變率和更低的有益突變率，也讓這個過程變得極為漫長。如何能夠在短時間內(nèi)選育出優(yōu)良品種呢？人們把目光投向了天空。

早在人類上天之前，第二次世界大戰(zhàn)的硝煙剛剛散去，美國就利用剛剛得到的德國V-2火箭技術(shù)和相關(guān)人才展開了亞軌道的太空探索。1946-1949期間，新墨西哥州的白沙靶場進(jìn)行了多次V-2火箭發(fā)射，把玉米、種子甚至是猴子送上了天（130-180千米高）。隨后的多年間，除了常見的玉米、小麥、黑麥、棉花、豌豆、洋蔥、擬南芥等植物的種子，小鼠、松鼠猴、獼猴、狗等動物，許多稀奇古怪的東西也參加了“宇宙旅行團(tuán)”，比如大腸桿菌、海膽的生殖細(xì)胞、果蠅的繭以及人類的血液樣本……

這些實驗的目的都是為了研究嚴(yán)酷宇宙環(huán)境對生物體有什么影響。

除了失重、低溫、沒有水分和空氣之外，太空環(huán)境對生物更大的考驗在于宇宙射線。所謂宇宙射線，是指宇宙空間中的高能粒子流。對地球表面的生物來說，地球磁場加上大氣層雙重保護(hù)，讓人幾乎感受不到宇宙射線的影響。但如果是在沒有保護(hù)的太空中，射線會猛烈撞擊生物的微觀結(jié)構(gòu)，因此有科學(xué)家提出，這種沖擊也許會誘發(fā)生物的遺傳物質(zhì)變異，產(chǎn)生新的有益突變，“太空育種學(xué)”因此誕生。

太空育種的本質(zhì)就是輻射誘變育種，也就是借用宇宙空間中本來就有的高能射線作為輻射來源，提高突變產(chǎn)生的頻率：假如自然狀態(tài)下每一代作物能隨機(jī)產(chǎn)生100個不同的突變性狀，根據(jù)演化原理，其中可能只有1個是有益突變，但如果外界手段干擾DNA的復(fù)制過程，讓復(fù)制產(chǎn)生更多的錯誤，就有可能獲得10000個突變，那么從概率上說其中應(yīng)該會有100個左右的有益突變可供我們篩選培育。但事實上真的如此嗎？答案仍然撲朔迷離。

1984年，挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)在300英里高的地球軌道上放置了一個“長期暴露裝置（LDEF）”實驗艙，用來研究各種材料暴露在太空環(huán)境中的后果，其中就包括1250萬顆番茄種子。這些種子在軌道上運(yùn)行了近6年后回到地球，研究人員對比后發(fā)現(xiàn)，它們在發(fā)芽率和果實產(chǎn)出方面和普通的地球種子沒有區(qū)別。換句話說，太空環(huán)境并沒有對這些干燥休眠的番茄種子產(chǎn)生多大的影響。

也許僅僅在天上轉(zhuǎn)一圈是不夠的，必須生于宇宙、長于宇宙才更能引發(fā)突變。1987年，中國發(fā)射的第九顆返回式衛(wèi)星搭載了植物種子和繁殖材料進(jìn)入太空，后續(xù)的類似實驗似乎表明，“巡天”之后發(fā)育出的植物具有較大的性狀變異。2006年，“實踐八號”成為了世界上第一顆專門用于農(nóng)業(yè)育種實驗的人造衛(wèi)星;2002年，國際空間站上的星辰號服務(wù)艙開始了日本水菜的種植實驗;2016年，“天宮二號”太空實驗室上完成了擬南芥和水稻兩種植物“從種子到種子”的發(fā)育實驗，也利用分子生物學(xué)技術(shù)對微重力環(huán)境下的植物生理特征做了探究。

和停滯已久的地外載人航行一樣，我們的太空生物學(xué)研究也仍然處于起步階段。由于育種人員必須從大量的突變體中篩選極少數(shù)品質(zhì)得到提高的品系，因此，數(shù)量稀少的航天育種也是個依靠“運(yùn)氣”的過程—僅靠遨游太空就能獲得又大又好的農(nóng)作物，這個想法還是太天真了。

農(nóng)業(yè)專家指出，被送上太空的農(nóng)作物種子就被命名“航天育種”，這是一個認(rèn)識誤區(qū)，更沒有必要炒作其抗病蟲害、高營養(yǎng)、高產(chǎn)量的噱頭。這些“九天攬月”的種子回到地面后，仍需要像傳統(tǒng)誘變育種一樣，連續(xù)培育幾代，絕大部分都是沒有突變或者是攜帶有害突變的植物品系。

實際上，“在太空中種地”的意義不僅在于育種。太空環(huán)境能提供穩(wěn)定的失重，可以作為完美的對照實驗，用來探究重力對植物發(fā)育到底有什么影響;研究明白如何在飛船上種植糧食，人類才有可能真正地走出地球，開始對宇宙深空的長期探索。此外，未來的宇航時代里，綠色植物也會是漫長航行中不可缺少的環(huán)境豐容，幫助我們這個誕生于地球的物種適應(yīng)太空。深空或許荒涼嚴(yán)酷，但人類終將帶著地球上的生機(jī)，繼續(xù)對星辰大海的征服。