太空種菜不是夢(mèng)

◎文 中國(guó)科學(xué)院光電研究院 黃宛寧

太空種菜不是夢(mèng)

◎文 中國(guó)科學(xué)院光電研究院 黃宛寧

如今，隨著我國(guó)航空航天技術(shù)的蓬勃發(fā)展，空間站建成指日可待，很多空間實(shí)驗(yàn)也將在太空開(kāi)展。例如，到太空去種菜！要在太空種菜就要有合適的種子。如何知道哪些種子合適呢？那就先把農(nóng)作物的種子弄上天去，研究一下太空環(huán)境對(duì)種子生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生什么樣的影響。這就是我們今天要介紹的空間誘變育種技術(shù)。

空間誘變育種技術(shù)

空間誘變育種技術(shù)按照農(nóng)作物種子搭載的平臺(tái)飛行高度不同，可分為高空誘變育種和太空誘變育種。

高空誘變育種，一般搭載高空科學(xué)氣球平臺(tái)，飛行在30～40千米的臨近空間高度。臨近空間環(huán)境具有高真空、高紫外線(xiàn)強(qiáng)度、地球磁場(chǎng)和高能帶電粒子輻射等特點(diǎn)。農(nóng)作物種子搭載高空科學(xué)氣球進(jìn)入臨近空間飛行，眾多復(fù)雜的空間環(huán)境因素對(duì)農(nóng)作物種子的生長(zhǎng)發(fā)育會(huì)產(chǎn)生極大的影響，使農(nóng)作物的染色體產(chǎn)生缺失、重復(fù)、移位、倒置等基因突變，回到陸地上，經(jīng)過(guò)多代篩選、培育，形成特性穩(wěn)定的新品種。

太空誘變育種的原理與之類(lèi)似，只是搭載平臺(tái)為衛(wèi)星、飛船等航天器，飛行在地球大氣層以外的宇宙空間。因此，空間誘變育種技術(shù)是航空航天技術(shù)、生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)育種技術(shù)交叉結(jié)合的產(chǎn)物。

高空誘變育種技術(shù)的延伸——太空育種

高空誘變育種具有成本低廉，過(guò)程快捷的優(yōu)點(diǎn)，但是在20世紀(jì)60年代，前蘇聯(lián)及美國(guó)的科學(xué)家將植物種子搭載衛(wèi)星上天，在返回地面的種子中，發(fā)現(xiàn)其染色體畸變頻率有較大幅度的增加，比高空誘變幅度更大，范圍更廣，更易出現(xiàn)特異性變異。

于是，太空誘變育種技術(shù)便開(kāi)始發(fā)展起來(lái)。

1984年，美國(guó)將番茄種子送上太空，逗留時(shí)間達(dá)6年之久，返回地面后經(jīng)科研人員試驗(yàn)，獲得了變異的番茄，且它的種子后代對(duì)人體無(wú)毒，可以食用。

1996年，美國(guó)的布魯斯·巴格比研究出太空矮桿小麥，小麥株高40厘米，生育期也只有60天，這種小麥產(chǎn)量高出普通小麥3倍，很有可能適合太空生長(zhǎng)。

除此之外，俄羅斯和美國(guó)成功地在“和平號(hào)”空間站培植出小麥、白菜和油菜等植物品種。1999年，俄羅斯的太空小麥也終獲成功。

進(jìn)入21世紀(jì)，美、日、西歐已將太空植物的培育作為重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目，先后培育出百余種太空植物。

我國(guó)的太空育種技術(shù)

我國(guó)的太空育種，主要搭載返回式衛(wèi)星或者“神舟”系列載人飛船進(jìn)行，涉及的品種非常廣泛：包括水稻、小麥、谷子、大豆、玉米、高粱、馬鈴薯等糧食農(nóng)作物；青椒、番茄、綠菜花、石刁柏、黃瓜、茄子、豇豆、樹(shù)莓等蔬菜水果作物；油菜、大豆、芝麻、核桃等油料作物；大棗、桂花、棉花、紅麻、孜然、牧草、甜菜等其他農(nóng)作物共6000多份種子材料。

空間誘變育種培育的農(nóng)作物安全嗎？

有些人可能會(huì)質(zhì)疑空間誘變育種的安全性，懷疑其與地面輻射育種有無(wú)區(qū)別。實(shí)際上，種子空間誘變屬于種子常規(guī)培育中的物理性輻射誘變。它是在微重力條件下，將太空中的宇宙射線(xiàn)、微重力、高真空、弱地磁場(chǎng)等高能粒子作為輻射源，通過(guò)誘變作用使植物產(chǎn)生各種基因變異，種子本身卻不會(huì)沾染到放射性物質(zhì)。而受核輻射污染的食品之所以不能食用，是因?yàn)槠浜蟹派湫晕镔|(zhì)。

種子誘變后的基因變化對(duì)食品安全有沒(méi)有影響？

“假如一個(gè)基因序列原來(lái)是‘1234’，上太空后變成‘3214’，也就是說(shuō)，空間誘變并沒(méi)有導(dǎo)入任何外源基因，僅僅是植物自身基因組序列發(fā)生了改變?！敝袊?guó)空間技術(shù)研究院航天育種專(zhuān)家龐欣博士表示，航天誘變的果實(shí)與常規(guī)輻射誘變育種獲得的果實(shí)是一樣的。

況且，上過(guò)太空的種子返回地面后需要很多代的培育，轉(zhuǎn)化為果實(shí)之后還需要在鑒定之前提供成分分析報(bào)告，其中包括毒理、營(yíng)養(yǎng)成分等檢測(cè)。這種安全性檢測(cè)很?chē)?yán)格，最終通過(guò)審定的品種是安全可靠的，可以放心食用。

為什么一定要去太空做誘變育種？

有人會(huì)問(wèn)，我們?cè)诘孛嫔夏M太空環(huán)境進(jìn)行這種誘變育種實(shí)驗(yàn)，是不是會(huì)安全一點(diǎn)？

其實(shí)，在地面上雖然可以通過(guò)高能加速器模擬空間射線(xiàn)環(huán)境，卻難以模擬太空綜合環(huán)境對(duì)植物產(chǎn)生的效果。因?yàn)樘窄h(huán)境中并不只有輻射，“既有微重力，又有輻射、宇宙線(xiàn)，紫外線(xiàn)、弱地磁場(chǎng)等多種因素共同存在，其中最主要的是模擬不了失重”，引發(fā)種子發(fā)生遺傳變異的正是各種太空綜合條件。

太空中的高能粒子輻射可以引起DNA雙鏈斷裂，既可能造成細(xì)胞凋亡，也可能引起細(xì)胞染色體變異，而空間誘變育種就是希望雙鏈斷裂以后引起細(xì)胞染色體變異。

20余年來(lái)，我國(guó)利用高空科學(xué)氣球、返回式衛(wèi)星及“神舟”系列飛船等搭載方式完成了300多項(xiàng)空間搭載試驗(yàn)，獲得了大量有益變異體，選育出了一大批綜合性狀良好，同時(shí)具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的農(nóng)作物新品種。例如：“航豐1號(hào)”棉花平均畝產(chǎn)皮棉180千克，比常規(guī)棉花多出70千克；“航椒1號(hào)”辣椒維生素C含量為234毫克，比一般辣椒高出近兩倍；“太空5號(hào)”小麥口感好，產(chǎn)量超過(guò)傳統(tǒng)品種10%以上；“太空萬(wàn)壽菊”花期長(zhǎng)達(dá)9個(gè)月等等，這些都是航天育種技術(shù)的成果。

先進(jìn)的航天技術(shù)為快速培育優(yōu)良品種及特異種質(zhì)資源開(kāi)辟了一條新途徑，為人類(lèi)進(jìn)入太空農(nóng)業(yè)時(shí)代展示了美好前景。因此，空間誘變育種的研究不但在育種上和應(yīng)用上具有重要意義，而且在探索空間條件對(duì)生物體影響機(jī)理等方面也具有重要的理論意義，同時(shí)為人類(lèi)開(kāi)拓空間資源創(chuàng)造了條件，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

（本文摘編自“科學(xué)大院”微信公眾號(hào)）