2022-05-09 16:22:00
近日，神舟十三號載人飛船返回艙在北京開艙，云南省政府、寧夏回族自治區(qū)政府、陜西榆林市政府、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、北京林業(yè)大學(xué)、北京市農(nóng)林科學(xué)院、中農(nóng)發(fā)種業(yè)集團股份有限公司、航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟等單位搭載的作物種子順利出艙。
什么樣的種子能拿到太空旅行的珍貴“船票”？當(dāng)一粒種子進入浩瀚太空，會經(jīng)歷怎樣的奇妙旅程？“天選之種”又將如何改變我們的生活？記者采訪了相關(guān)單位和專家，解密太空育種。
約12000顆種子搭乘神舟十三號返回地球，遺傳穩(wěn)定性高、綜合性狀好的種子才能脫穎而出“游太空”
神舟十三號返回艙大底朝下、艙門朝上，身穿白色工作服的工作人員小心翼翼地爬上梯子，爬進艙內(nèi)，將一個個用白布包好的方形包裹依次遞給艙外的工作人員。做好登記等交接工作后，這些包裹便“物歸原主”。
包裹里裝著的是一粒粒種子。據(jù)悉，這次跟著3名航天員一起搭乘神舟十三號返回地球的有約12000顆種子。
“就藥用植物來說，這次神舟十三號帶回了云木香、鐵皮石斛、天麻、薏苡仁等10種云南特色中藥材種子，重量是61.8克。”云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院藥用植物研究所所長李榮福告訴記者，云南此次選送的太空搭載樣品主要是“十大云藥”和云南特色中藥材，下一步將對搭載返回的種子進行生活力測定，選留部分種子保存在低溫庫中進行長期貯藏，其余種子按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范進行育苗和大田栽培。
此前，神舟十二號飛船搭載了云當(dāng)歸、燈盞花、草果等5種中藥材種子，以及262份羊肚菌菌株和22株乳酸菌株。“目前科研人員正在開展育種研究工作，已培育出部分中藥材種苗。搭載返回的羊肚菌菌株均存活，部分已出菇菌株表現(xiàn)諸多優(yōu)良性狀。乳酸菌菌株已復(fù)壯16株，其中11株已進行菌株登記專利保藏。”李榮福說。
據(jù)了解，云南從2012年左右開始航天育種相關(guān)工作，在神舟九號、神舟十號、天宮二號、神舟十一號、實踐十號等多次發(fā)射任務(wù)中，選送了中藥材、花卉、核桃、咖啡、普洱茶等百余個品種的種子、枝條、菌種“搭車”上太空，共計5400多克。
搭載神舟十三號返回的不僅有中藥材種子，還有水稻、食用菌、生菜等各類植物種子。它們來自不同地區(qū)、單位，有些側(cè)重于基礎(chǔ)研究，有些則側(cè)重于品種培育，可謂“八仙過海、各顯神通”。
“依托航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟，我們搭載了紫花苜蓿、燕麥、中間偃麥草、紅三葉等牧草種子21份，共計158克。”中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所抗逆牧草育種與利用團隊首席專家楊紅善介紹，在選定紫花苜蓿和燕麥等牧草后，他們根據(jù)育種目標(biāo)確定要搭載的品種或新品系，精選飽滿、無損傷的高品質(zhì)種子，從而提高種子從太空返回地球之后可以正常發(fā)芽的幾率。
航天器載荷資源寶貴，每一克都要發(fā)揮最大價值。因此，種子進入太空的門檻不低，只有那些遺傳穩(wěn)定性高、綜合性狀好的才能脫穎而出，開啟“太空育種”之旅。
太空育種既要“上天”也要“入地”，最大優(yōu)勢在于變異率高、育種周期短，可在相對較短時間內(nèi)創(chuàng)制出性狀優(yōu)良的種質(zhì)資源
太空育種，也稱航天育種、航天誘變育種，是利用太空的特殊環(huán)境誘使植物種子發(fā)生基因變異，進而選育植物新品種、創(chuàng)造農(nóng)業(yè)育種材料、豐富基因資源，是一種將輻射、宇航、育種和遺傳等學(xué)科綜合起來的高新技術(shù)。簡單來說，讓種子先“上天”再“入地”，經(jīng)過篩選、雜交、鑒定等，最終形成新種質(zhì)資源的過程就是太空育種。
“太空具有微重力環(huán)境，還有帶電的高能粒子，我們搭載上去的種子和生物材料在受到弱輻射時會產(chǎn)生變異。利用太空搭載的這種變異，再回到地面上進行種植，選擇那些可遺傳且符合我們?nèi)祟愐蟮淖儺?，繼而把它育成新品種。”國家植物航天育種工程技術(shù)研究中心主任陳志強解釋道。
與傳統(tǒng)育種技術(shù)相比，太空育種最大優(yōu)勢在于空間誘變材料的變異率高、育種周期短，可在相對較短時間內(nèi)創(chuàng)制出高產(chǎn)、早熟、抗病等性狀優(yōu)良的種質(zhì)資源。
“以前想找到一個新的育種材料，可能要歷時十年、二十年，甚至得翻山越嶺尋找自然突變植株，而航天任務(wù)能在相對短時間里帶回大量突變材料。”航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長、中國空間技術(shù)研究院原航天生物總工程師趙輝說，航天誘變?yōu)橛N家們提供盡可能多的基因源材料，為育種按下“快捷鍵”。從安全性上來說，沒有導(dǎo)入任何外源基因的太空育種與常規(guī)輻射誘變育種，二者都是植物自身的基因組序列發(fā)生改變，培育出的產(chǎn)品都一樣安全。
“我們做太空育種主要是考慮中藥材傳統(tǒng)選育耗時長，成本也高。”李榮福說，中藥材是云南的重要產(chǎn)業(yè)，但其品種選育技術(shù)較傳統(tǒng)農(nóng)作物而言相對滯后。在中藥材需求量不斷增加、野生藥材資源有限的背景下，太空育種技術(shù)能加快品種選育和人工規(guī)?；N植進程，豐富中藥材種質(zhì)資源庫，推動中藥材產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
不過，航天誘變和“開盲盒”有幾分相似。“在誘變過程中，種子的遺傳物質(zhì)為什么變、什么時候變、變成什么樣，這其中存在著極大的隨機性和不可控性。”趙輝說，在實際培育前，誰也不清楚種子存在怎樣的突變。但整體來看，在太空環(huán)境中種子可能出現(xiàn)的變異幅度大、突變點位多，變異穩(wěn)定性更強。
誘變具有隨機性，性狀可好可壞，因此地面選育很關(guān)鍵。地面選育需要進行多代篩選培育、優(yōu)中選優(yōu)，歷時短則三五年、長則十余年，最終由農(nóng)作物品種審定委員會審定，“天選之種”才算得到認(rèn)證。
“從種子搭載返回到地面種植，再到培育出新品種，不同植物的育種年限不一樣。按照育種程序，培育出一個紫花苜蓿新品種需要10多年時間。燕麥?zhǔn)且荒晟参?，時間會減少2到3年。”楊紅善說。
以中藥材滇龍膽為例，“從2013年6月神舟十號飛船搭載滇龍膽籽種開始，組培、選育、擴繁、栽種實驗過程歷時7年，終于篩選出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高抗性的‘滇龍膽航天1號’、‘滇龍膽航天2號’、‘滇龍膽航天3號’品種，獲得了國家中藥材良種繁育基地認(rèn)定。”云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院院長李學(xué)林說。
我國太空育種始于1987年，目前已培育出260多個品種，年推廣面積4000多萬畝，產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益超過2000億元
“載人航天工程在自身發(fā)展的同時，又可以帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級，推動經(jīng)濟社會發(fā)展，與國計民生密切關(guān)聯(lián)。”神舟十三號返回后，中國載人航天工程辦公室主任郝淳在空間站建造進展情況發(fā)布會上說。
航天服務(wù)于國計民生，育種便是其中的典型。1987年8月5日，我國第九顆返回式衛(wèi)星搭載著精挑細選的小麥、水稻、青椒等百余個品種的農(nóng)作物種子，順利完成了首次“太空之旅”。返回地球后，它們被分發(fā)至各地科研機構(gòu)。經(jīng)過雜交選育，這批種子中培育出了大豆“鐵豐18”、棉花“魯棉1號”等一批獲得國家發(fā)明獎的優(yōu)良新品種。
此后，種子便成了航天器的“?？?rdquo;，品類既包括農(nóng)作物、油料作物等的種子，也包括不同地方主栽特色品種和稀缺物種的種子。去年9月17日，神舟十二號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸，一同著陸的還有水稻、小麥、玉米等作物種子，石斛等中草藥種子，以及大豆、馬鈴薯、甜瓜、葡萄、蘭花、玫瑰花等水果花卉種子，甚至還有窖泥、酒曲等微生菌。
天上的育種試驗不斷，成果顯著。神舟八號為了驗證高等植物在空間環(huán)境下的開花結(jié)實過程，設(shè)計搭載了《番茄試管苗空間開花結(jié)實》實驗裝置，8個番茄蓓蕾5株開花結(jié)果，在國際首次實現(xiàn)了太空空間植物開花結(jié)果。天宮二號進行了高等植物培養(yǎng)實驗，首次在太空獲得了擬南芥開花基因啟動子控制的綠色熒光蛋白實時圖像，為未來建立以植物為基礎(chǔ)的空間生命生態(tài)系統(tǒng)和提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率提供依據(jù)。這也是我國首次成功進行植物“從種子到種子”的全生命周期培養(yǎng)。
地上的作物茁壯成長，收獲頗豐。利用太空育種技術(shù)培育的農(nóng)作物新品種在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，社會經(jīng)濟效益日益顯現(xiàn)。山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究所利用返回式衛(wèi)星搭載創(chuàng)新小麥種質(zhì)資源，已選出一大批具有特異性狀的突變體。其中，利用航天突變系“9940168”和“濟麥19”進行常規(guī)雜交后系統(tǒng)選育出的高產(chǎn)小麥新品種“魯原502”，年推廣面積超過1500萬畝，累計推廣面積超1億畝，成為我國三大主推小麥品種之一。
上過太空的種子也在豐富著百姓的餐桌。不少太空育種的成熟品種不僅是試驗田里的“樣本”，而且端上了普通人的餐桌。“北京市場約30%的草莓都是航天草莓、太空草莓，個頭普遍比較大。”海南航天工程育種研發(fā)中心工程師姚彤說。
經(jīng)過30多年的實踐，中國通過航天育種已篩選新材料1200多份，培育水稻、小麥、大豆、蔬菜等新品種260多個，年推廣面積4000多萬畝。據(jù)初步估算，航天搭載育種已產(chǎn)生直接經(jīng)濟效益超過2000億元。目前，我國太空育種的育成品種數(shù)量和推廣應(yīng)用范圍處于世界第一位?？臻g誘變機理的研究水平和太空育種技術(shù)成果在農(nóng)業(yè)上的推廣應(yīng)用水平，已經(jīng)達到世界領(lǐng)先。
航天育種為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展提供豐富的種質(zhì)資源，助力攥緊“中國種子”、端穩(wěn)“中國飯碗”
航黃櫻2號，無限生長型櫻桃番茄，早中熟。果實橢圓形，成熟果黃色，果色亮，單果重20g左右，大小均勻，口味甜，不裂果……走進航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟位于北京市通州區(qū)的大棚，西紅柿、甜瓜、辣椒等超過200個品種的作物正在勃勃生長。這些都是經(jīng)歷過太空之旅的種子后代，結(jié)出的果實在產(chǎn)量、口感、形狀等方面普遍有“特長”。
種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”。2021年中央一號文件提出，“打好種業(yè)翻身仗”；中央全面深化改革委員會第二十次會議審議通過《種業(yè)振興行動方案》；2022年中央一號文件提出，“大力推進種源等農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)”……實現(xiàn)育種核心技術(shù)攻關(guān)、解決“卡脖子”問題，太空育種是重要手段，也是我國打贏種業(yè)翻身仗的有力武器。
“我國的太空育種一開始就是以滿足市場需要為目標(biāo)，從促進國家農(nóng)業(yè)發(fā)展、維護糧食安全、滿足農(nóng)民需求出發(fā)開展科研工作的。”國家航天育種工程首席科學(xué)家劉錄祥說，改善作物品種是提高糧食產(chǎn)量的重要出路，航天育種為我國農(nóng)業(yè)發(fā)展提供豐富的種質(zhì)資源。
太空育種是新種質(zhì)資源的有力補充。趙輝已在航天搭載領(lǐng)域耕耘了30余年，見證了我國太空育種的起步和發(fā)展。“打好種業(yè)翻身仗，小種子也可以迸發(fā)大能量。”在趙輝看來，太空育種能在較短的時間里，創(chuàng)造出目前其他育種方法難以獲得的罕見突變基因資源，快速培育出突破性的優(yōu)良品種，進一步保障國家糧食安全。
中國的牧草太空育種尚處于初始階段。通過太空育種，楊紅善的團隊已經(jīng)先后培育出質(zhì)優(yōu)穩(wěn)定、豐產(chǎn)性狀突出的“中天1號紫花苜蓿”、“中天2號紫花苜蓿”和“中天3號雜花苜蓿”三個通過國家審定的新品種。
紫花苜蓿有高蛋白、高產(chǎn)、抗逆等特點，對我國畜牧產(chǎn)業(yè)發(fā)展有重要意義。“苜蓿生產(chǎn)是我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的短板，目前我國每年要從國外進口苜蓿干草130萬噸到150萬噸。”苜蓿育種專家、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生物學(xué)院教授王濤表示，與航天工程合作搭載苜蓿種子，對加快我國苜蓿育種進程大有益處。
今年，我國將完成空間站在軌建造，隨后轉(zhuǎn)入為期10年以上的應(yīng)用與發(fā)展階段。這意味著，未來會有更多種子“搭車進站”，在太空迎接“蛻變”。
“伴隨我國航天事業(yè)的發(fā)展，太空育種事業(yè)也在不斷創(chuàng)新突破。通過太空育種創(chuàng)制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)質(zhì)種質(zhì)材料，選育出產(chǎn)業(yè)所需的優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗逆性強的品種，對促進相關(guān)領(lǐng)域種業(yè)快速發(fā)展、保障國家種業(yè)安全具有現(xiàn)實意義。”李學(xué)林說。
來源：中央紀(jì)委國家監(jiān)委網(wǎng)站
編輯：牛姣
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