航天育种,也叫空间诱变,我国自1987年8月5日,第一次搭载农作物种子上天,迄今已有35年。35年中,从搭载科学卫星,到发射我国自己的育种卫星,再到完成全周期种植的太空实验,我国航天育种领域,已经走在世界的前列,通过空间诱变,育成的审定品种约有300种,涵盖粮食、油料、水果、蔬菜等各个食物种类。2023年,将是航天育种继续飞速发展的一年。
太空水稻丰收,不只是一次实验
2022年7月25日,凌晨3点左右,中国空间站问天实验舱与核心舱组合体成功对接,为空间站带来了一份特别的“快递包裹”,“包裹”中,藏着一份来自中国农科院钱前院士团队育成的矮秆水稻品种小薇。
水稻在太空种植,不仅仅是一次简单的植物种植实验,更关系到未来太空农场是否可以真正完善。进入空间站的水稻品种小薇,格外适合太空农场的种植,株形矮、产量高、空间利用率高。这一实验由中国科学院植物科学卓越创新中心郑慧琼研究团队承担,培养周期为120天,也就是4个月。
这些水稻在太空中,株形变得更松散,其中,矮秆水稻变得更矮,开花时间略有提前,但灌浆时间延长了10多天。值得注意的是,此次种植在空间站的水稻,不仅完成了“从种子到种子”的全周期生长,还完成了再生稻的生长过程。在第一次收获后,仅20天,就从稻茬上再生出两个稻穗。
这是人类在太空中首次完成水稻种植全周期的实验,也是首次进行再生稻种植的实验。
未来还很遥远,航天育种的新阶段
和小薇一同回来的,还有更多完成了太空漫游的种子,只是它们并没有在太空中种植,而是待在“太空仓库”中,接受宇宙射线的辐射、诱变,然后再回来,经历科学家们鉴定、利用、培育出新的优良品种,为地球上的人类提供更好的食物。
众多回归的种子中,有来自黑龙江的蔓越莓种子,也有来自广东的籼稻种子。这些种子在经过一定的程序之后,会再一次回到送它们进入太空的科学家手里,进行地面的育种实验。
来自华南农业大学的郭涛教授和他的团队,在神舟十四号上搭载了多份水稻材料。在太空中,这些种子一直处于休眠状态,接受空间环境的考验,诱发遗传物质发生改变,等回到地面,再进行进一步的鉴定实验。
我国航天育种起源于1987年,当年8月5日,我国第九颗返回式科学卫星首次搭载一批水稻、番茄、青椒等农作物种子成功发射。目的是获取更丰富、有价值的变异材料,为地面育种服务,同时,也进一步验证空间环境对植物的遗传性状会有什么影响。
种子登上太空,只是育种的一小步
尽管航天育种中,航天格外引人注目,但实际上,航天,只是航天育种中的一环,是获得变异的关键环节,在此之外,真正育成一个品种,还需要做很多工作。
和美国等国家不同,我国人多地少,也促使我国在航天育种方面做了更多的探索。来自中国农科院的调查显示,在航天育种领域,我国已经处在世界前列。
在郭涛的科研基地,还种植着神舟十三号搭载的水稻种子,目前已经种植了两个世代,一些新的性状,正在被鉴定。数据显示,三十多年中,我国通过航天育种,育成的审定品种接近300个,其中水稻占了三分之一。郭涛所在的团队,育成的水稻新品种已经有66个。郭涛介绍,其中有4个超级稻及5个广东省主导品种,目前推广面积超过6000万亩。
“把种源掌握在自己手里,就是要进行更多的育种创新,满足未来产业对品种、品质等各个方面的需求,当前我们做的也是这样的工作,育种是有前瞻性的,育种的过程很长,必须考虑在育成之后,符合市场的需求,符合人们对食物的需求。”郭涛说。
■ 对话
国家航天育种工程首席科学家、中国农业科学院作物科学研究所党委书记刘录祥:
我国航天育种在全球处于领先地位
新京报:航天育种每每受到关注,神秘的太空和一直以来依靠土地生产的农业,是怎样结合在一起的?
刘录祥:航天育种又叫空间诱变育种,将作物种子或诱变材料,搭乘返回式的卫星或高空气球,送到太空之中,利用太空特殊的环境进行诱变,使种子产生变异,再返回地面进行鉴定、培育新品种的技术。所以,诱变其实是育种过程中的一环,还有大量的鉴定、筛选、培育的环节,并不是去了太空,回来就是太空种子。
新京报:和其他的诱变方式相比,航天育种有何特殊之处?
刘录祥:核心区别是变异的来源不同。杂交育种中,变异来自于种质库中原有的基因资源互相重组,产生新变异。核能诱变育种,变异来源于核能电磁辐射。相比杂交育种,这种诱变更具创新性,变化更复杂。事实上,核能诱变中,适宜剂量辐射后的生物损伤率可能达到50%以上。也正是因为如此的奇妙,在2006年9月,我们发射了专业的育种卫星“实践八号”,这是航天育种更具标志性的转折。
新京报:我国的航天育种,有哪些成果?
刘录祥:1987年,我国第一次把水稻等农作物种子送到太空,开始了早期的航天育种探索。有了专业的育种卫星之后,航天育种开始快速发展。到现在,根据不完全统计,审定品种有300个左右,其中包括粮食、油料、棉花、蔬菜、花卉、牧草等,可以说,当前人们的食品中,已经有相当一部分都有航天育种的经历。
新京报:在全球范围内,我国的航天育种成绩如何?
刘录祥:国外最早开启空间搭载植物种子的是美国、苏联,在上世纪六七十年代就开始探索,发现空间飞行可以引起种子细胞变异,而且这种变异可以遗传。我国起步较晚,但发展较快,目前在全球已经处于领先地位。同时,我国还通过开设培训班等方式,在航天育种领域进行技术输出。