航天育種，或許是跟百姓最貼近的話題。

自1987年以來，我國通過9艘神舟飛船及16顆返回式衛(wèi)星，開展了25次航天工程育種搭載試驗(yàn)，共搭載了包括糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、油料作物、微生物等類別的1000多種生物材料。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)已有近百個(gè)航天育種農(nóng)作物新品種通過審定，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

航天育種到底是怎么回事，“太空種子”怎樣才能變成餐桌上的蔬菜……許多人對這些問題并不清楚。在此，讓我們探個(gè)究竟。

空間環(huán)境里存在多種誘變因素

“航天育種，是利用返回式航天器將作物種子、試管苗、微生物等搭載到宇宙空間，在宇宙射線、高真空、微重力等共同誘變作用下使生物自身基因產(chǎn)生變異，再返回地面選育作物新品種的育種技術(shù)。”甘肅省航天育種工程技術(shù)研究中心主任包文生對科技日報(bào)記者說，“簡言之，這是航天技術(shù)、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)育種技術(shù)的集成創(chuàng)新。”

記者了解到，航天育種是育種技術(shù)中人工誘變育種方法的重要組成部分。盡管科學(xué)家目前對航天育種的機(jī)理還沒有完全掌握，但就空間環(huán)境對作物育種的影響卻已達(dá)成共識。

在太空里，宇宙射線是航天育種的主要誘變源。當(dāng)作物種子或組織在空間運(yùn)行時(shí)，被宇宙射線中的高能離子擊中后，引起染色體上的基因發(fā)生突變，植物體異常發(fā)育率增加，而且空間高能離子擊中的部位不同，染色體畸變的情況就不同。

同時(shí)，太空中的紫外線比地球表面紫外線照射強(qiáng)度高十幾或幾十倍，強(qiáng)大的紫外線照射劑量足以使天空飛行的植物種子或組織發(fā)生基因斷裂、重組，可能出現(xiàn)如產(chǎn)量、品質(zhì)優(yōu)化、抗逆性增強(qiáng)、抗病害能力增強(qiáng)等優(yōu)良性狀。

在空間誘變效應(yīng)中，微重力也發(fā)揮了重要作用。在天空飛行的作物種子，即使沒有被宇宙射線或紫外線擊中，也會發(fā)生染色體畸變，而且飛行時(shí)間越長，畸變效率越高。研究表明，微重力對作物的向性、生理、代謝、激素分布、鈣離子含量與分布及細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響非常顯著，是引起細(xì)胞畸變、分裂紊亂、濃縮的染色體增加、核小體數(shù)目減少的重要因素。

此外，航天育種所選作物材料不同，對環(huán)境因素改變的反應(yīng)敏感性和生存極限值就不同，其誘變頻率也不一樣。

包文生說，航天工程育種具有非常突出的特點(diǎn)。一是加快了植物變異速度,豐富了育種材料。作物種子或組織只要在太空飛行一段時(shí)間，返回地面后就會發(fā)生多種變異供育種者選擇；二是不需要復(fù)雜且污染環(huán)境的誘變源，符合自然資源和生態(tài)環(huán)境保護(hù)及可持續(xù)發(fā)展的要求；三是空間特殊環(huán)境誘變因素多，范圍廣，強(qiáng)度大，有利于加快育種進(jìn)程，還有可能獲得能對產(chǎn)量、品質(zhì)或綜合性狀產(chǎn)生突破性的種質(zhì)材料, 從而培育成功各種農(nóng)作物新品種。“因此，航天工程育種已成為培育農(nóng)作物優(yōu)良新品種的重要途徑和手段之一，已成為我國常規(guī)育種和生物育種領(lǐng)域的重要組成部分。”他說。

我國航天育種目的是為百姓服務(wù)

上世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)用衛(wèi)星把種子帶上了天，等種子返回后發(fā)現(xiàn)其染色體畸變頻率有較大幅度的增加。1984年，美國把番茄種子送上太空，得到了產(chǎn)生變異的番茄后代。1996年至1999年，俄羅斯還在“和平號”空間站成功種植了小麥、白菜和油菜等植物。

我國在1987年8月5日，由中國航天科技集團(tuán)公司空間技術(shù)研究院利用第九顆返回式衛(wèi)星，首次成功進(jìn)行了農(nóng)作物種子的太空搭載試驗(yàn)，從此加入到航天工程育種的行列。2006年9月9日，我國還成功發(fā)射了專門用于航天工程育種的“實(shí)踐八號”衛(wèi)星，共搭載有包括作物、果樹、蔬菜等九大類2020份生物材料，獲得200多份突變材料。

不過，目前國外在航天器上搭載植物種子主要是用于分析空間環(huán)境對于宇航員的安全性，探索空間條件下植物生長發(fā)育規(guī)律，目的在于改善空間人類生存的小環(huán)境，使宇宙飛船成為“太空農(nóng)場”，最終解決宇航員的食品自給問題。

我國開展航天工程育種的目的則不同，更側(cè)重于培育具有自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良農(nóng)作物品種，為百姓日常生活服務(wù)。伴隨著我國航天事業(yè)的發(fā)展，航天工程育種研究日益成熟，一大批產(chǎn)量高質(zhì)量優(yōu)的新品種脫穎而出。

航天育種有機(jī)結(jié)合了航天技術(shù)、生物技術(shù)和農(nóng)業(yè)育種技術(shù)，在優(yōu)良品種培育方面具有獨(dú)到的優(yōu)勢，因而受到國家高度重視。1995年，農(nóng)業(yè)部將“作物空間誘變育種”列為“九五”部級重點(diǎn)課題；2002年科技部將航天工程育種列為“十五”國家863計(jì)劃；2007年，科技部將航天工程育種列為“十一五”國家863計(jì)劃；2008年農(nóng)業(yè)部將航天工程育種列為國家“十一五”科技支撐計(jì)劃；2010年至今，航天育種被列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、生物產(chǎn)業(yè)、農(nóng)作物種業(yè)等國家及地方政府“十二五”發(fā)展規(guī)劃中……事實(shí)證明，航天育種已成為保障我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。

太空種子需要數(shù)年時(shí)間才能培養(yǎng)成合格蔬菜

甘肅天水，中國航天科技集團(tuán)公司五院所屬中國西部航天育種基地便建在這里。

走進(jìn)基地，眼前的景象頗具奇幻色彩——有兩個(gè)人都抱不動的超大南瓜，有一米多長的豇豆，也有一穗結(jié)8個(gè)果的茄子……

“空間誘變只是航天育種的第一步，并非把太空回來的種子直接種出來就能得到合格的‘太空蔬菜’，最繁重和最重要的工作是隨后在地面上完成的‘選育’。”作為該基地負(fù)責(zé)人的包文生說，種子在太空中發(fā)生的突變是隨機(jī)的，其果實(shí)既可能變大，也可能更小……或是出現(xiàn)早熟、抗病等其他性狀。而有益變異很低, 育種人員則要在足量的群體中認(rèn)其觀察、記錄、分析哪些是育種需要的益變材料，只要把確認(rèn)的益變材料進(jìn)行四代以上選育，得到穩(wěn)定的遺傳性狀，即育種材料。

他介紹說，成功培育一個(gè)“太空蔬菜”品種，往往需要五六年甚至更長時(shí)間。航天器搭載回來的種子先要經(jīng)過4代以上的選育，選出其中有價(jià)值的育種材料并確定其性狀穩(wěn)定后，才能開始雜交育種，雜交種經(jīng)田間鑒定后，進(jìn)行品比試驗(yàn)、區(qū)域試驗(yàn)和生產(chǎn)示范和相關(guān)檢測、檢驗(yàn)。最后還要經(jīng)過省級以上農(nóng)作物品種審定委員會審定、認(rèn)定，才能大面積推廣并端上百姓的餐桌。

目前，該基地培育的太空辣椒、番茄、茄子、小麥等31個(gè)新品種均通過了科技成果鑒定和甘肅省農(nóng)作物新品種審定委員會審、認(rèn)定, 并已在25個(gè)省區(qū)市得到大面積推廣。