一粒種子的太空之旅

多國麗

民以食為天，農(nóng)以種為先，經(jīng)過太空孕育的種子回到了地球，并在人類的精心培育后爆發(fā)出驚人的力量。

在太空中種出來的土豆是什么樣？馬特·達(dá)蒙在《火星救援》中給出了答案，他雖然沒有具體描述出火星土豆的口感，但作為救了他一命的食物，想必味道好極了。

在目前的科技條件下，人類落地到火星種土豆確實(shí)是一件只能幻想的事情，但是，吃一口在太空中孕育出來的食物卻早就是一件離普通人很近的事了，我們?cè)诓妥郎献畛３缘降狞S瓜、大豆、玉米等多種作物，很多就有可能是太空來物。你可能也會(huì)有這樣的疑惑，為何最近吃到的甜瓜更甜更脆了，吃到的黃瓜更大更嫩了，這背后的技術(shù)就是已經(jīng)深入到大眾生活中卻不為人所熟知的“航天育種”。

種子與國家安全

從車馬嘈雜的北京市區(qū)驅(qū)車前往京郊，沿途越來越安靜。在一片靜謐與綠色之中，坐落著被譽(yù)為“種子硅谷”的北京通州國際種業(yè)科技園區(qū)。園區(qū)里，駐扎著眾多我國種子行業(yè)的龍頭企業(yè)，其中就有北京神舟綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司。

一進(jìn)辦公大樓，就看到高墻上的大字標(biāo)語，“一粒種子改變世界”。一粒小小的種子，看似微不足道，它真能起到那么大的作用？航天育種業(yè)的專家、神舟綠鵬董事長趙輝這樣解釋：“過去我們的育種業(yè)沒有形成產(chǎn)業(yè)化，選育種子由科研院所去做，而推廣由企業(yè)進(jìn)行，整個(gè)鏈條是分開的。這樣一來中國的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)越來越少，如果種子靠進(jìn)口的話，種業(yè)問題就影響到了國家安全問題?！?/p>

這是擺在中國種業(yè)面前的嚴(yán)峻現(xiàn)實(shí)。世界種子市場(chǎng)壟斷趨勢(shì)明顯，世界前十強(qiáng)種子公司市場(chǎng)集中度超過55%，美國種業(yè)巨頭僅孟山都一家公司的國際商品化種子的市場(chǎng)占有率就高達(dá)21%。中國是種子需求大國，然而，中國種業(yè)的競(jìng)爭力卻不強(qiáng)，具有選育-繁殖-推廣一體化能力的種子企業(yè)很少。用中國工程院院士袁隆平的話說，關(guān)鍵時(shí)刻，一粒小小的種子可以絆倒一個(gè)大國。就拿印度為例，孟山都在2002年將Bt-棉花種子引入印度，從此壟斷了印度的棉花種子市場(chǎng)，導(dǎo)致種子價(jià)格上漲了80倍。

這是一場(chǎng)迫在眉睫的競(jìng)賽，而趙輝所努力去做的就是推進(jìn)這個(gè)產(chǎn)業(yè)的一體化。他說，航天育種產(chǎn)業(yè)一體化就是公司在獲得種子材料后進(jìn)行選育，然后做品種的觀察與推廣，即如今國家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面所大力倡導(dǎo)的“育繁推”。

實(shí)際上，一粒種子從上天到入地再到結(jié)出果實(shí)，這是一個(gè)復(fù)雜的過程。第一階段是選種。選擇什么樣的種子搭載上天，要經(jīng)過多重篩選，搭載種子在純度、凈度、發(fā)芽率上符合國家作物種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，種子的相對(duì)含水量應(yīng)控制在13%-14%。每份搭載種子數(shù)量，小粒作物一般應(yīng)在3000粒以上，大粒作物一般應(yīng)在1000粒以上。“搭載資源非常有限，每次都是兩三公斤的量，每次一百種左右?！壁w輝說。

第二階段是誘變。利用衛(wèi)星和飛船等太空飛行器將植物種子帶上太空，再利用其特有的太空環(huán)境條件，如宇宙射線、微重力、高真空、弱磁場(chǎng)等因素對(duì)植物的誘變作用產(chǎn)生各種基因變異，再返回地面選育出植物的新種質(zhì)、新材料、新品種。一般來說，種子搭乘衛(wèi)星上太空轉(zhuǎn)一圈便能“變”出更優(yōu)良的品質(zhì)，比如結(jié)出更大更甜的果實(shí)，更美的花朵。

神舟綠鵬公司科技顧問、中國空間技術(shù)研究院航天工程育種專家劉敏教授說，上過太空的種子有兩個(gè)變異熱點(diǎn)：“一個(gè)是早熟性狀比較明顯，比如說我們做過的花卉、番茄都有早熟性狀，特別是水稻能提前成熟20至30天，這個(gè)變化就為水稻在寒冷地區(qū)的生存提供了條件;第二個(gè)是種子結(jié)出的果形變大，百姓好奇為何航天育種過的水果蔬菜都變大，這就是調(diào)整果形大小的基因發(fā)生了改變。”

第三階段為下地。種子隨著搭載的航天器返回地球后，隨即要進(jìn)行地面選育工作，包括地面種植、觀察、突變體篩選、遺傳穩(wěn)定性鑒定等工作。因?yàn)榉N子的變化是分子層面的，想分清哪些是我們需要的，必須要將這些種子全部種下去，繁殖三四代后，才有可能獲得性狀穩(wěn)定的優(yōu)良突變系。

這樣，經(jīng)過一個(gè)漫長的過程，每次太空邀游過的種子都要經(jīng)過連續(xù)幾年的篩選鑒定，其中的優(yōu)系再經(jīng)過考驗(yàn)和農(nóng)作物品種審定委員會(huì)的審定才能稱其為真正的“太空種子”。

盛開的白蓮

中國是目前世界上三個(gè)獨(dú)立掌握空間飛行器返回式衛(wèi)星技術(shù)的國家之一，在航天育種方面，三個(gè)國家各有特色。目前美國航天工程育種工作計(jì)劃主要涉及在種質(zhì)創(chuàng)新、藥品生產(chǎn)、生物反應(yīng)器以及生物采礦等幾個(gè)研究領(lǐng)域，其主要目的是探索太空生命生存條件。俄羅斯的研究重點(diǎn)則是空間植物栽培研究，曾在國際空間站上完成了豌豆的連續(xù)世代循環(huán)栽培，以及成功種植超矮小麥、白菜和油菜等植物。

趙輝多年的工作經(jīng)歷見證了中國航天育種業(yè)的歷史。我國航天育種開始于1987年，但是，最早主要是國外的公司使用中國的航天器進(jìn)行搭載。當(dāng)時(shí)的趙輝還在中國空間技術(shù)研究院工作，負(fù)責(zé)航天搭載項(xiàng)目?！白钤鐏碚椅腋愦钶d的是德國人、法國人，中國的科學(xué)家看到后說，航天要服務(wù)于國民經(jīng)濟(jì)，我們自己也要送點(diǎn)東西上天去。”趙輝說。

從搭載辣椒、西紅柿種子開始，中國開始了自己的航天育種進(jìn)程。

自1987年以來，在“國家863高科技計(jì)劃”的推動(dòng)下，我國先后13次利用返回式衛(wèi)星和5次飛船及多次高空氣球搭載了70多種植物的2000多品種的種子，涉及糧、棉、油、蔬菜、花卉、牧草及中藥材等多方面。已進(jìn)行的項(xiàng)目有：小麥、水稻、玉米等糧食作物;大豆、綠豆、黑豆等豆類作物;棉花、煙草、香蕉、蓮子等經(jīng)濟(jì)作物;油菜、番茄、黃瓜、甜椒、西瓜、甜瓜等蔬菜作物;曼陀羅、蘭花、玫瑰等花卉;紅豆草、紫花苜蓿等牧草;人參、甘草等中藥材。

比如說，經(jīng)衛(wèi)星搭載處理后獲得的“博優(yōu)721”亞種間雜交水稻新組合，大面積畝產(chǎn)量達(dá)700多公斤，比當(dāng)?shù)刂髟云贩N增產(chǎn)15%以上;優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的水稻華航1號(hào)、芝麻新品種航芝1號(hào)、食用菌太空金針菇等受到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者的普遍歡迎。同時(shí)，利用航天誘變技術(shù)創(chuàng)造了一批目前利用傳統(tǒng)育種手段較難以獲得的罕見材料，如特早熟小麥、特大粒蓮子太空蓮3號(hào)、特大粒紅小豆突變系、雙低油菜等，將對(duì)作物產(chǎn)量和品質(zhì)等主要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳改良產(chǎn)生重大影響。

就拿神舟綠鵬來說，它通過神舟飛船搭載植物試管苗，經(jīng)過地面培育出太空香蕉、太空樹莓、太空葡萄、太空蘭花、太空百合、太空月季等園藝作物，目前抗病、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的太空香蕉已在深圳、海南等地大面積推廣;太空蝴蝶蘭、太空石斛蘭在深圳已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)，每年有50萬株投入市場(chǎng)。

航天育種是個(gè)接地氣的行業(yè)，已經(jīng)有多個(gè)地區(qū)利用這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)了收益。早在1994年，廣昌縣白蓮科學(xué)研究所就找到了空間技術(shù)研究院，說自己是貧困縣，想把種子送上太空提高白蓮的產(chǎn)量。研究院同意了合作。2002年、2004年又先后開展了第二、第三次航天搭載，先后選育出太空蓮、星空牡丹、太空嬌容等一批白蓮新品種。自此，廣昌白蓮具有了生育期長、花多、蓬大、結(jié)實(shí)率高、顆粒大等特點(diǎn)，其中太空蓮36號(hào)品種平均畝產(chǎn)量提高到80-100公斤，比常規(guī)品種高出一倍多，蓮農(nóng)的經(jīng)濟(jì)效益也增長一倍以上，目前已成為我國白蓮產(chǎn)區(qū)的主栽品種。

“航天育種有巨大的發(fā)展前景和社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，太空白蓮帶動(dòng)了廣昌縣的農(nóng)民增收20億元，就全國來說，航天育種產(chǎn)業(yè)已經(jīng)創(chuàng)造了直接經(jīng)濟(jì)效益100多億元?！壁w輝說。

一些誤解

但是，對(duì)于航天育種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，趙輝也是頗多憂慮。他說，“航天育種是帶有公益性質(zhì)的事業(yè)，不可能一投資就賺錢?！闭蛉绱?，航天育種產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀與未來并不容樂觀。

從航天育種的發(fā)展歷史來看，航天育種一直不是航天飛行的主要任務(wù)，而是在保證其他任務(wù)成功的前提下，“順便”搭載一下航天育種材料，我國僅在2006年發(fā)射了世界上唯一一顆專門用于航天育種的衛(wèi)星實(shí)踐八號(hào)。到目前為止，我國還沒有建立起一個(gè)完整的航天育種空間搭載機(jī)制。

而且，目前航天育種缺乏龍頭企業(yè)，大部分企業(yè)規(guī)模小，經(jīng)營分散，有的企業(yè)或者研究機(jī)構(gòu)不管有沒有力量和條件，“趕時(shí)髦”進(jìn)行航天搭載，低估了航天育種工作的難度，選擇搭載的農(nóng)作物品種和材料素質(zhì)不夠高，導(dǎo)致經(jīng)衛(wèi)星搭載誘變后，又經(jīng)歷4-5年定向選擇后育成的品種在產(chǎn)量、品質(zhì)上缺乏競(jìng)爭力，選育不出好的種質(zhì)材料，在生產(chǎn)上難以推廣，大大浪費(fèi)了資源。

航天育種品牌自身的保護(hù)力度也不夠，目前社會(huì)上存在著許多大大小小的航天育種企業(yè)，仔細(xì)探究發(fā)現(xiàn)，其中大多數(shù)企業(yè)打著“航天育種”的幌子進(jìn)行炒作，他們從國內(nèi)外找來一些與眾不同的品種，貼上“航天育種”的標(biāo)簽，利用老百姓對(duì)“航天品質(zhì)”的信賴，從中獲利，這些企業(yè)嚴(yán)重影響了航天育種的聲譽(yù)。

航天育種是不是轉(zhuǎn)基因？這也是讓很多人疑惑的問題，這也導(dǎo)致了趙輝所說的“航天育種業(yè)只能做不能說”的現(xiàn)狀，因?yàn)椤斑^去這一行業(yè)的機(jī)理研究滯后，解釋起來太麻煩就不說了。”他承認(rèn)，有的人把航天育種跟轉(zhuǎn)基因相提并論，認(rèn)為通過航天誘變搭載育出的新品種存在著安全問題，大眾的這一認(rèn)識(shí)嚴(yán)重影響航天工程育種的產(chǎn)業(yè)化。

但是趙輝也斬釘截鐵地說，航天育種不是轉(zhuǎn)基因。他用簡單的話語解釋，“轉(zhuǎn)基因是外源基因的導(dǎo)入，而航天育種是自己的基因在變化。即使沒有上太空，種子的基因在地球上也會(huì)有變化?！彼麖?qiáng)調(diào)，航天工程育種是一種物理誘變育種手段，沒有外來基因的導(dǎo)入，因而它不是轉(zhuǎn)基因，其安全性是確定的?？茖W(xué)工作者專門試驗(yàn)研究顯示，即使太空飛行回來的當(dāng)代種子經(jīng)嚴(yán)格檢測(cè)也沒有增加任何放射性。因此食用太空種子加工生產(chǎn)的糧食、蔬菜等不會(huì)存在不良反應(yīng)。

神舟綠鵬公司董事、研發(fā)部負(fù)責(zé)人鹿金穎博士說，航天育種是一種誘變方式，包括后期的地面選育等，是一種很常規(guī)的手段。這種變異在本質(zhì)上和生物界的自然變異并無區(qū)別。

在聯(lián)合國層面，聯(lián)合國國際原子能機(jī)構(gòu)曾與聯(lián)合國糧農(nóng)組織成立了一個(gè)聯(lián)合司，專門負(fù)責(zé)植物誘變育種領(lǐng)域的一些技術(shù)應(yīng)用。在過去80年時(shí)間里，其安全性沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。

對(duì)于航天育種的未來，趙輝認(rèn)為，中國應(yīng)該培育出自己的優(yōu)勢(shì)品種，打造航天育種知名品牌，提升航天育種和航天產(chǎn)品的知名度，提升市場(chǎng)競(jìng)爭力，加快科技成果轉(zhuǎn)化步伐。

（高波薦自《世界博覽》）