跟青少年朋友說(shuō)說(shuō)太空育種實(shí)驗(yàn)

金聲

太空育種不是變魔術(shù)

由于工作關(guān)系，我問(wèn)過(guò)幾位同學(xué)“你了解太空育種嗎？”同學(xué)們回答說(shuō)：“植物的種子經(jīng)過(guò)太空旅行后，西瓜長(zhǎng)得又大又甜，糧食能豐產(chǎn)，魚(yú)卵上天后魚(yú)長(zhǎng)得個(gè)大，肉好吃……”好像種子到太空洗禮一次，就像舞臺(tái)上魔術(shù)大變活人一樣，老頭進(jìn)去出來(lái)就成美女了！種子回到地面就可稱王了……簡(jiǎn)直是天方夜譚！

太空育種是科學(xué)不是魔術(shù)，是集航天技術(shù)、生物工程技術(shù)、農(nóng)業(yè)育種技術(shù)等于一體的農(nóng)業(yè)育種新途徑，是20世紀(jì)農(nóng)業(yè)科學(xué)領(lǐng)域最尖端的科學(xué)技術(shù)課題之一。目前，只有美國(guó)、俄羅斯、中國(guó)3個(gè)國(guó)家擁有返回式衛(wèi)星技術(shù)可以用于搭載太空種子進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)，中國(guó)在太空育種方面已經(jīng)走在世界的前列。

什么是太空育種

太空育種，也稱為空間誘變育種，就是將作物的種子或試管種苗用航天器（返回式衛(wèi)星、飛船、航天飛機(jī)）送到太空，利用太空獨(dú)特的、地面無(wú)法模擬的環(huán)境，即高真空、宇宙磁場(chǎng)、高能離子輻射、高潔凈、無(wú)菌的誘變環(huán)境，使作物種子產(chǎn)生變異。當(dāng)航天器返回地球后，通過(guò)農(nóng)業(yè)育種技術(shù)選育出新種子、新材料，培育新品種的育種新技術(shù)。

太空育種是使作物種子、試管苗在太空誘導(dǎo)環(huán)境中，經(jīng)過(guò)宇宙強(qiáng)輻射、微重力、高真空等綜合環(huán)境因素誘發(fā)種子的基因變異。億萬(wàn)年來(lái)，地球上的生物形態(tài)、生理與進(jìn)化始終受地球重力環(huán)境的制約，當(dāng)進(jìn)入太空失重狀態(tài)，同時(shí)又受到宇宙射線的輻射作用等，使其可以獲得地面上難以產(chǎn)生的基因變異。這里筆者要向青少年朋友強(qiáng)調(diào)的是：不是所有種子都產(chǎn)生變異，而是只有極少數(shù)的種子產(chǎn)生了變異，不同種子中大約只會(huì)有0.03%？0.5%產(chǎn)生變異。這是因?yàn)樯飪|萬(wàn)年形成的牢固基因一般情況下是很難改變的，大多數(shù)種子并沒(méi)有發(fā)生任何改變，當(dāng)然還有一小部分適應(yīng)不了太空環(huán)境而死亡了。即便是產(chǎn)生變異的那部分也是處于不可控的狀態(tài)，其中有的會(huì)向人們需要的反方向產(chǎn)生變異，你想讓它長(zhǎng)果實(shí)它卻長(zhǎng)了根，或是味道使人接受不了，只有極少數(shù)的一部分向人所需要的正方向變異。怎樣將這些向人需要的方向變異的種子挑選出來(lái)，這是太空育種的關(guān)鍵一步，一般都會(huì)有長(zhǎng)達(dá)4？5年的育種過(guò)程。這樣在天上經(jīng)過(guò)洗禮的種子才能成“仙”。這個(gè)過(guò)程是一項(xiàng)非常艱苦且需要萬(wàn)分仔細(xì)的工作。從太空回來(lái)的第1代種子從種到成熟需要對(duì)每一株作物的生長(zhǎng)情況作觀察登記，記錄同樣條件下實(shí)驗(yàn)地塊和對(duì)比地塊土壤、施肥、打藥、灌溉、耕作、管理等情況，2個(gè)地塊同等對(duì)待。第1年大部分性狀沒(méi)有什么改變，對(duì)于極少數(shù)出現(xiàn)向人們希望方向變異的植株種子進(jìn)行2代、3代培育選優(yōu)，當(dāng)?shù)?代出現(xiàn)穩(wěn)定植株的作物種子經(jīng)過(guò)專家鑒定后才能稱謂“太空種子”。

太空育種具有有益的變異相對(duì)較多、變幅大、穩(wěn)定快、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、早熟、抗病力強(qiáng)等諸多特點(diǎn)。變異率是普通誘變育種的3？4倍，育種時(shí)間一般能從8年縮短到4年左右。

？我國(guó)太空育種成果簡(jiǎn)述

1987年以來(lái)，我國(guó)利用返回式衛(wèi)星、神舟飛船、天宮1號(hào)目標(biāo)飛行器，先后進(jìn)行了10多次種子搭載，有1 000多個(gè)品種的種子和生物材料到過(guò)太空。

由于生物種子體積小、攜帶方便，便于在航天器中搭載，因此在新品種選育方面有較大選擇空間。我國(guó)已經(jīng)太空搭載過(guò)的種子中，糧食作物類有小麥、水稻、玉米、大豆、綠豆、豌豆、高粱等；蔬菜類有青椒、辣椒、西紅柿、黃瓜、甜菜、茄子、蘿卜、綠菜花等；經(jīng)濟(jì)作物類有棉花、煙草、薰衣草等；花卉類有萬(wàn)壽菊、三色堇、龍葵、荷花、百合等；中草藥類有黃芪、甘草、蟲(chóng)草等；樹(shù)木種子有油松、白皮松、石刁柏、珙桐等；草類有木樨、草坪種子等。

我國(guó)經(jīng)過(guò)多年的太空育種工程，培育出了一批突變類型和具有優(yōu)良性狀的作物新品種。例如：水稻經(jīng)過(guò)太空育種選育出了植株高、分蘗力強(qiáng)、穗型大、籽粒飽滿和生育期短、抗病力強(qiáng)的性狀變異，可增產(chǎn)20%，單季畝產(chǎn)400？600 kg，最高可達(dá)750 kg。太空小麥培育出了矮稈、早熟、抗倒伏、抗病害的豐產(chǎn)類型，可增產(chǎn)15%左右。太空青椒枝葉粗壯、果大肉厚、免疫力強(qiáng)，單果重350？600 g，單季畝產(chǎn)3 500？4 000 kg，最高可達(dá)5 000 kg，比普通青椒增產(chǎn)20%？30%。太空黃瓜藤壯瓜大、瓜多，單果重850？1 100 g，抗病力強(qiáng)，特別是雌花開(kāi)得非常多，是地面種子的1.5倍；只是皮厚了點(diǎn)，但瓜肉非常適口、汁多肉嫩。太空櫻桃西紅柿豐產(chǎn)、含糖量高出13%，比常規(guī)西紅柿增產(chǎn)15%？23.3%。太空搭載的蜀葵、矮牽牛、雞冠花、麥稈菊、萬(wàn)壽菊等也都表現(xiàn)出了花多、花色變異大、花期長(zhǎng)等特點(diǎn)。萬(wàn)壽菊花期竟延長(zhǎng)到6個(gè)月以上。上天“修煉”過(guò)的一頭大蒜能長(zhǎng)到近250 g……

總之，太空育種工程的優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。對(duì)于我們這樣一個(gè)有著13億人口、可用耕地只占國(guó)土面積1/3的大國(guó)，百姓的米袋子、菜籃子，國(guó)家的糧食安全是重中之重的頭等大事。所以必須科學(xué)種田，航天育種是一條重要出路。

？太空育種的安全性問(wèn)題

？我國(guó)青少年參與的太空育種實(shí)驗(yàn)

隨著我國(guó)航天事業(yè)的迅猛發(fā)展，青少年參與太空實(shí)驗(yàn)成為可能。1999年，由北京景山學(xué)校4年級(jí)學(xué)生提出的“蠶在太空吐絲結(jié)繭”的實(shí)驗(yàn)方案，其目的是研究蠶卵、蠶幼蟲(chóng)、成蟲(chóng)等在太空失重環(huán)境下所發(fā)生的一系列生理循環(huán)現(xiàn)象。當(dāng)年，該方案在眾多應(yīng)征方案中脫穎而出，入選美國(guó)NASA空間生物技術(shù)研究項(xiàng)目，并搭載2003年1月發(fā)射升空的哥倫比亞號(hào)航天飛機(jī)進(jìn)入太空。在太空中蠶寶寶逐步適應(yīng)了太空失重環(huán)境有的結(jié)了繭，而其中有1條蠶沒(méi)有抓牢飄浮了，無(wú)法吐絲作繭而死亡。但實(shí)驗(yàn)進(jìn)入關(guān)鍵階段成果即將展現(xiàn)時(shí)，哥倫比亞號(hào)在返回途中爆炸失事，致實(shí)驗(yàn)無(wú)果而終。

在社會(huì)各界廣泛關(guān)注下，中國(guó)航天科技集團(tuán)決定利用我國(guó)第22顆返回式衛(wèi)星完成同學(xué)們的實(shí)驗(yàn)。2005年，經(jīng)歷了18天太空洗禮的蠶寶寶順利返回地球。實(shí)驗(yàn)證明了蠶是可以適應(yīng)失重環(huán)境的。2011年，中國(guó)科協(xié)、中國(guó)載人航天辦公室、中國(guó)航天科技集團(tuán)在全國(guó)青少年中開(kāi)展了“開(kāi)啟天宮的夢(mèng)想”活動(dòng)，上海閔行3中高中2年級(jí)學(xué)生蘇燁、王匯盛、嚴(yán)鑫崽同學(xué)設(shè)計(jì)的“搭載瀕臨滅絕植物種子的探究”方案在“探夢(mèng)天宮”青少年科學(xué)實(shí)驗(yàn)搭載方案征集的3 000多件方案中拔得頭籌。2012年，珙桐、普陀鵝耳櫪、望天樹(shù)、大樹(shù)杜鵑4種木本植物種子，乘神舟9號(hào)飛船完成了在太空13天的洗禮。現(xiàn)在學(xué)校在教學(xué)樓頂造了一座陽(yáng)光大棚并在校園里辟出了一塊試驗(yàn)園地，為這些瀕臨滅絕的“客人”建起了1座“諾亞方舟”。學(xué)校會(huì)像接力賽一樣用幾年到十幾年的時(shí)間精心養(yǎng)護(hù)這些尊貴的“朋友”。相信同學(xué)們會(huì)和這些小苗一起成長(zhǎng)，必將長(zhǎng)成茁壯的參天大樹(shù)，使這些瀕臨滅絕的樹(shù)木在校園、在祖國(guó)大地上成林成材。

我們有很多學(xué)校、同學(xué)在生物小組科學(xué)園地、在家庭種植了一些經(jīng)過(guò)選育已經(jīng)定型的太空種子。這些活動(dòng)很好！但這還不是太空育種，只是用別人育出的種子進(jìn)行種植活動(dòng)。這項(xiàng)活動(dòng)一定要有計(jì)劃、有組織，在老師或科技人員指導(dǎo)下進(jìn)行。做好整地、施肥、下種、灌溉、除草、滅蟲(chóng)、管理等工作，而且應(yīng)該注意寫好工作日記、觀察日記（生長(zhǎng)記錄），還要留下各階段視頻資料，最后完成種植總結(jié)和撰寫收獲體會(huì)文章并配上圖片資料（注：如果有對(duì)比實(shí)驗(yàn)地塊實(shí)驗(yàn)會(huì)更完整）。

航天育種這門新興的科學(xué)必將造福于人類，推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步與發(fā)展！