太空育種,究竟是怎樣的育種術(shù)?

本刊綜合

4月16日，神舟十三號(hào)載人飛船順利回家，伴隨神舟十三號(hào)飛船遨游太空的不僅有三名航天員，還有12000顆種子。其實(shí)這已不是神舟號(hào)第一次帶種子上天，從神舟一號(hào)開(kāi)始，攜帶農(nóng)作物種子就列入了神舟飛船的飛行任務(wù)。4月26日下午，神舟十三號(hào)返回艙在北京開(kāi)艙，多個(gè)單位搭載的作物種子順利出艙。那么，究竟什么是太空育種？什么樣的種子才有資格上天？在“太空歷練”的種子會(huì)發(fā)生什么變化？本期今日視點(diǎn)我們共同來(lái)關(guān)注。

太空育種聽(tīng)上去神秘莫測(cè)，其實(shí)早已走入了普通人的日常。我國(guó)已經(jīng)有上千個(gè)品種的農(nóng)作物種子完成了太空之旅。700多個(gè)“航天品種”陸續(xù)誕生，我們平時(shí)吃的糧食、蔬菜、水果、中藥，不少都是“天外來(lái)客”。

什么是航天育種？

太空育種，也被稱為空間誘變育種，是我國(guó)主要的航天任務(wù)之一。它是將農(nóng)作物種子或試管種苗通過(guò)航天器送到太空，利用太空特殊的高真空、宇宙高能離子輻射、宇宙磁場(chǎng)、高潔凈的環(huán)境誘變作用使種子產(chǎn)生異變。返回地面后，再經(jīng)過(guò)至少4代選育，篩選出攜帶新性狀的新種子、新材料，進(jìn)而培育的新品種。

種子送上太空為哪般？

送種子上太空的航天育種思路源于電離輻射育種，其技術(shù)原理是利用γ射線、X射線或其他輻射源誘發(fā)植物種子的生物遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，再通過(guò)人工選擇性培育，按照人類的需求篩選出優(yōu)良品種。

太空育種是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種新型育種技術(shù)，是航天技術(shù)、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)和生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。

與傳統(tǒng)育種技術(shù)相比，它能在較短的時(shí)間內(nèi)大大提高農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，創(chuàng)造出許多新品種，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，很好地解決了糧食短缺問(wèn)題。

太空環(huán)境與地球上有著諸多不同，除了具有微重力、高真空之外，還有很強(qiáng)的太空輻射，尤其是γ射線、高能質(zhì)子和宇宙射線，這些輻射是種子發(fā)生變異的主要因素，使得植株的生理特性和形態(tài)特性發(fā)生改變。

“太空歷練”的種子會(huì)發(fā)生啥變化？

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)“太空歷練”的種子其發(fā)芽率、作物產(chǎn)量、抗病性、抗蟲(chóng)性、養(yǎng)分含量以及植物花朵的顏色、高矮等性狀都會(huì)發(fā)生改變。但其變化并沒(méi)有什么規(guī)律，大多是隨機(jī)性的，且太空育種并不能使每一顆種子都發(fā)生突變。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)人類有益的突變大約只占3%。

就種子發(fā)芽率而言，小麥、玉米、棉花、向日葵、大豆、黃瓜和番茄的種子經(jīng)過(guò)太空輻射后，種子的活力和發(fā)芽率都有所提高;而水稻、谷子、豌豆、青椒、煙草等植物種子的發(fā)芽率則與未上過(guò)太空的種子相比并無(wú)顯著差異。

除此之外，高粱、西瓜、茄子和蘿卜的種子在經(jīng)過(guò)“太空歷練”后，發(fā)芽率甚至?xí)档?，其中航天高粱種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)受到強(qiáng)烈抑制，生育期推遲。因此，并不是所有植物都適合航天育種。

我國(guó)對(duì)水稻、小麥、棉花、青椒和芝麻等作物利用太空育種的方式獲得了一系列的新品種，其中已通過(guò)國(guó)家或省級(jí)審批的新品種和新組合超過(guò)30個(gè)。

目前，在山東、河北、江蘇等地都有太空蔬菜銷售市場(chǎng)，太空蔬菜比普通蔬菜價(jià)格會(huì)高一些。但太空蔬菜味道好、營(yíng)養(yǎng)豐富，經(jīng)國(guó)家相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)比，太空蔬菜比普通蔬菜的營(yíng)養(yǎng)含量高約30%。

種子回到地球能直接投入市場(chǎng)嗎？

當(dāng)然不能！上過(guò)天的種子有變好的也有變壞的，一般來(lái)說(shuō)，從遨游太空到地面培育，從品種篩選到品質(zhì)驗(yàn)證整個(gè)過(guò)程要耗時(shí)4～6年。

以小麥的育種為例，需要如下4個(gè)步驟。首先，要觀察一代種子。上過(guò)天的種子是一代種子，將一代種子種下去，科研人員任其生長(zhǎng)不做篩選，只記錄其一些變異性狀。其次，要優(yōu)選二代植株。將一代植株所結(jié)的種子繼續(xù)播種，培養(yǎng)第二代植株，接著繼續(xù)對(duì)二代植株進(jìn)行觀察，由于第二代植株的突變率增加，變異更明顯，可根據(jù)育種需求進(jìn)行定向選擇。如想要獲得抗倒伏特性的小麥，則篩選變矮的植株;想要提高小麥產(chǎn)量，就篩選穗子變大的植株;想要一年多次收獲，則篩選早熟的植株。第三，要確定植株穩(wěn)定性。將篩選出的種子繼續(xù)播種，讓其自交繁殖，如此繁育3～4代后，觀察這些變異的性狀是否能夠穩(wěn)定遺傳。最后，要群體比較和異地試種。對(duì)具有遺傳穩(wěn)定性的種子進(jìn)行群體比較試驗(yàn)以及在不同地理位置進(jìn)行試種試驗(yàn)，從而確定其在不同環(huán)境下是否都能穩(wěn)定表現(xiàn)出優(yōu)良的變異后性狀?？梢哉f(shuō)，每次上過(guò)太空的種子都要像這樣通過(guò)幾年的篩選，再經(jīng)農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定才可以被稱為真正的“太空種子”。

太空育種和轉(zhuǎn)基因一樣嗎？

有人會(huì)疑惑，太空育種是不是和轉(zhuǎn)基因育種一樣？經(jīng)過(guò)太空輻射后的種子，種出來(lái)的東西到底安不安全呢？

事實(shí)上，它們是不同的，太空育種是自身基因的變異，沒(méi)有打破物種界限，而轉(zhuǎn)基因是指將一個(gè)外來(lái)基因移植到另一個(gè)作物當(dāng)中。

我們先來(lái)看看太空育種的原理。在空間環(huán)境中的高能粒子輻射、微重力、高真空等綜合因素協(xié)同作用下，植物種子的DNA被雙鏈擊穿，產(chǎn)生斷裂并重新排序，而地面的誘變技術(shù)只能讓DNA被單鏈擊穿，因此，太空育種變異率更高。以水稻為例，它的自然變異率在二十萬(wàn)分之一左右，化學(xué)誘變的變異率也只有千分之幾，而經(jīng)空間誘變的水稻變異率可達(dá)百分之幾。

可以看出，特殊的空間環(huán)境使得太空育種與傳統(tǒng)地面誘變育種相比，具有變異率高、變異幅度大、有益變異多、穩(wěn)定性能強(qiáng)等特點(diǎn)，因而能夠培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、多抗良種。此外，太空育種不但能出現(xiàn)一些如產(chǎn)量、株高、生育期、品質(zhì)、抗病性等常規(guī)誘變育種的變異，還能出現(xiàn)一些其他理化因素處理較少出現(xiàn)的特殊變異類型，如果實(shí)早熟、大果型變異，花卉花形變異、花色變異等。

但是，一山更比一山高。相比太空育種，轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)可以更加精準(zhǔn)、高效。轉(zhuǎn)基因育種的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)跨物種的基因發(fā)掘，拓寬遺傳資源的利用范圍，實(shí)現(xiàn)已知功能基因的定向高效轉(zhuǎn)移，使生物獲得人類需要的特定性狀，為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗農(nóng)業(yè)生物新品種培育提供了新的技術(shù)途徑。

不管是傳統(tǒng)育種、太空育種還是轉(zhuǎn)基因育種，公眾最關(guān)心的問(wèn)題莫過(guò)于農(nóng)產(chǎn)品是否安全。

其實(shí)在自然環(huán)境中，植物種子實(shí)際上也在發(fā)生變異，只是變異過(guò)程極其緩慢，變異頻率很低。而人類早期的植物育種方法大都是對(duì)自然變異的選擇和利用，并被證明是安全可行的。太空育種是利用空間環(huán)境條件加速生物體的變異過(guò)程，這與自然變異在本質(zhì)上是沒(méi)有區(qū)別的。

既然安全性沒(méi)有問(wèn)題，太空育種會(huì)不會(huì)出現(xiàn)口感變差的問(wèn)題呢？事實(shí)上，根據(jù)實(shí)際培育情況，很多太空物種口感反而變得更好了，比如太空青椒，要比普通的地球青椒維生素C的含量增加20%;而太空黃瓜，除了個(gè)頭比普通黃瓜大，口感也更鮮嫩多汁。除此之外，太空小番茄也比普通小番茄的含糖量高;而太空蘿卜除了口感喜人，還有一項(xiàng)太空特有技能，那就是讓害蟲(chóng)不敢近身。