2022-05-09 16:22:00
近日，神舟十三號(hào)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(tuán)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(jìn)入浩瀚太空，會(huì)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(hào)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(hào)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(jìn)艙內(nèi)，將一個(gè)個(gè)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(hào)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(hào)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(zhǎng)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(duì)搭載返回的種子進(jìn)行生活力測(cè)定，選留部分種子保存在低溫庫中進(jìn)行長(zhǎng)期貯藏，其余種子按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行育苗和大田栽培。
此前，神舟十二號(hào)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(jìn)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(hào)、神舟十號(hào)、天宮二號(hào)、神舟十一號(hào)、實(shí)踐十號(hào)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(gè)品種的種子、枝條、菌種“搭車”上太空，共計(jì)5400多克。
搭載神舟十三號(hào)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(jì)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(tuán)隊(duì)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(jià)值。因此，種子進(jìn)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(shì)在于變異率高、育種周期短，可在相對(duì)較短時(shí)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(jìn)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(jiǎn)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(shí)會(huì)產(chǎn)生變異。利用太空搭載的這種變異，再回到地面上進(jìn)行種植，選擇那些可遺傳且符合我們?nèi)祟愐蟮淖儺悾^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(qiáng)解釋道。
與傳統(tǒng)育種技術(shù)相比，太空育種最大優(yōu)勢(shì)在于空間誘變材料的變異率高、育種周期短，可在相對(duì)較短時(shí)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(gè)新的育種材料，可能要?dú)v時(shí)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(duì)短時(shí)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(zhǎng)、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(shí)長(zhǎng)，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(duì)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)模化種植進(jìn)程，豐富中藥材種質(zhì)資源庫，推動(dòng)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(shí)候變、變成什么樣，這其中存在著極大的隨機(jī)性和不可控性。”趙輝說，在實(shí)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(diǎn)位多，變異穩(wěn)定性更強(qiáng)。
誘變具有隨機(jī)性，性狀可好可壞，因此地面選育很關(guān)鍵。地面選育需要進(jìn)行多代篩選培育、優(yōu)中選優(yōu)，歷時(shí)短則三五年、長(zhǎng)則十余年，最終由農(nóng)作物品種審定委員會(huì)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(gè)紫花苜蓿新品種需要10多年時(shí)間。燕麥?zhǔn)且荒晟参?，時(shí)間會(huì)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(hào)飛船搭載滇龍膽籽種開始，組培、選育、擴(kuò)繁、栽種實(shí)驗(yàn)過程歷時(shí)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(hào)’、‘滇龍膽航天2號(hào)’、‘滇龍膽航天3號(hào)’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(zhǎng)李學(xué)林說。
我國太空育種始于1987年，目前已培育出260多個(gè)品種，年推廣面積4000多萬畝，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益超過2000億元
“載人航天工程在自身發(fā)展的同時(shí)，又可以帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，與國計(jì)民生密切關(guān)聯(lián)。”神舟十三號(hào)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(jìn)展情況發(fā)布會(huì)上說。
航天服務(wù)于國計(jì)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(xì)選的小麥、水稻、青椒等百余個(gè)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(jī)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(hào)”等一批獲得國家發(fā)明獎(jiǎng)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(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)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(yàn)不斷，成果顯著。神舟八號(hào)為了驗(yàn)證高等植物在空間環(huán)境下的開花結(jié)實(shí)過程，設(shè)計(jì)搭載了《番茄試管苗空間開花結(jié)實(shí)》實(shí)驗(yàn)裝置，8個(gè)番茄蓓蕾5株開花結(jié)果，在國際首次實(shí)現(xiàn)了太空空間植物開花結(jié)果。天宮二號(hào)進(jìn)行了高等植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，首次在太空獲得了擬南芥開花基因啟動(dòng)子控制的綠色熒光蛋白實(shí)時(shí)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(jìn)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(zhǎng)，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(huì)經(jīng)濟(jì)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(jì)麥19”進(jìn)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(jì)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(yàn)田里的“樣本”，而且端上了普通人的餐桌。“北京市場(chǎng)約30%的草莓都是航天草莓、太空草莓，個(gè)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(shí)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(gè)，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(jì)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(jī)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(dá)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(hào)，無限生長(zhǎng)型櫻桃番茄，早中熟。果實(shí)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(jìn)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(gè)品種的作物正在勃勃生長(zhǎng)。這些都是經(jīng)歷過太空之旅的種子后代，結(jié)出的果實(shí)在產(chǎn)量、口感、形狀等方面普遍有“特長(zhǎng)”。
種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”。2021年中央一號(hào)文件提出，“打好種業(yè)翻身仗”；中央全面深化改革委員會(huì)第二十次會(huì)議審議通過《種業(yè)振興行動(dòng)方案》；2022年中央一號(hào)文件提出，“大力推進(jìn)種源等農(nóng)業(yè)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)”……實(shí)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(chǎng)需要為目標(biāo)，從促進(jìn)國家農(nóng)業(yè)發(fā)展、維護(hù)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(bǔ)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(shí)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(jìn)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(tuán)隊(duì)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(hào)紫花苜蓿”、“中天2號(hào)紫花苜蓿”和“中天3號(hào)雜花苜蓿”三個(gè)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(diǎn)，對(duì)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(jìn)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(duì)加快我國苜蓿育種進(jìn)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(huì)有更多種子“搭車進(jìn)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(shí)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(qiáng)的品種，對(duì)促進(jìn)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(shí)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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