一粒種子如何改變一個世界
——神舟綠鵬公司董事長趙輝談航天育種

□ 文 /吳琳 攝 /宿東

一粒種子如何改變一個世界
——神舟綠鵬公司董事長趙輝談航天育種

□ 文 /吳琳 攝 /宿東

從北京市區(qū)向東南方向一直延伸，穿過五環(huán)后沿途逐漸變得安靜，繼續(xù)前行，當(dāng)一片望不到邊的綠色映入眼際時，目的地到了。這里是被譽(yù)為“種子硅谷”的通州國際種業(yè)科技園區(qū)，神舟綠鵬農(nóng)業(yè)科技有限公司、法國利馬格蘭等幾家國內(nèi)外種子龍頭企業(yè)，以及其余幾十家種業(yè)公司就駐扎其中。

神舟綠鵬隸屬于中國航天科技集團(tuán)公司中國空間技術(shù)研究院，是專業(yè)從事航天工程育種技術(shù)研發(fā)、新品種繁育、成果推廣一體化的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技公司。公司董事長、航天育種專家趙輝近日接受了《太空探索》雜志的專訪。采訪約在一個工作日的下午，午后斜陽透過玻璃窗射進(jìn)辦公樓，照亮了高墻上的標(biāo)語——一粒種子改變一個世界。

▲ 神舟綠鵬公司董事長趙輝

種子的“上天入地”

航天育種其實離你我很近。你每天餐桌上的黃瓜、西紅柿、辣椒可能就是“太空來物”，或者在你欣喜于甜瓜更甜更脆了、彩椒果大肉厚口感好時，這背后的技術(shù)可能就是已經(jīng)深入大眾生活但卻不為人熟知的航天育種。

趙輝介紹說，航天育種是航天工程育種的簡稱，又叫空間誘變育種，是航天技術(shù)、生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)育種技術(shù)集成創(chuàng)新的新技術(shù)手段。航天育種就是把種子送上太空轉(zhuǎn)一圈嗎？“這只是航天育種萬里長征的第一步，實際上，植物種子從上天環(huán)游太空到返回地面選育再到結(jié)出果實，要經(jīng)歷一個復(fù)雜的過程，大致可以分成三步。”趙輝解釋。

第一步——地面選種

選擇什么樣的種子搭載上天，要經(jīng)過多重篩選。因為搭載資源非常有限，每次也就是一兩公斤的量。因此，搭載的種子在純度、凈度、發(fā)芽率、水分含量上要符合國家作物種子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。每份搭載種子數(shù)量，小粒作物一般在3000粒以上，大粒作物一般在1000粒以上。

第二步——空間誘變

利用衛(wèi)星和飛船等航天器將植物種子帶上太空，再利用其特有的太空環(huán)境條件對種子進(jìn)行誘變產(chǎn)生各種基因變異。事實上，每一次植物種子進(jìn)入太空后，其基因變異的類型、頻率是隨機(jī)、不可控的，每1000粒種子中大約能獲得5粒發(fā)生有益變異的種子。但這個看似很低的變異概率，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過只有二十萬分之一的“自然變異”水平了。

第三步——地面選育

正是因為基因變異的不確定性，當(dāng)環(huán)游太空的種子回到地面后，育種專家會進(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，大概需要繁殖三四代進(jìn)行觀察和篩選。

趙輝以辣椒為例解釋說，在地面選育中如果紅辣椒的地塊里發(fā)現(xiàn)了黃辣椒，是不小心把種子混雜了，還是發(fā)生了變異？這就需要農(nóng)技人員先觀察黃辣椒植株的葉脈、葉色等其他農(nóng)藝性狀是否與紅辣椒相似，然后把兩種辣椒葉子取回實驗室，通過神舟綠鵬的高通量分子育種實驗室和分子生物學(xué)實驗室進(jìn)行基因型鑒定從而分辨出原因。

▲ 走進(jìn)航天育種

▲ 神舟綠鵬的“科普+育種”大棚

▲ 神舟綠鵬培育的太空微型月季經(jīng)過加工后作為創(chuàng)意產(chǎn)品銷售

如果在有病害的地塊中發(fā)現(xiàn)某個植株存活下來了，就可以把它的種子再次種植，然后把某種病害的病毒純化后進(jìn)行接種，如果發(fā)現(xiàn)該株系普遍具有抗病性，就說明培育出了一個有抗性的新品系。對于有抗性的品系，還要測定其營養(yǎng)成分含量，進(jìn)行配對雜交，才能獲得多種農(nóng)藝性狀都比較理想的新品種。

一般來說，上過太空的種子除了抗性增強(qiáng)，還容易出現(xiàn)兩個變異熱點(diǎn)，一個是早熟性狀比較明顯，比如神舟綠鵬用航天育種培育的花卉、番茄都有早熟性狀，特別是水稻能提前成熟20～30天，這就為水稻在寒冷地區(qū)的生存提供了條件。第二個特點(diǎn)就是果型變大，比如大家常說的“超級大南瓜”“巨型番茄”等，都是因為太空環(huán)境改變了種子決定果型大小的基因。

為什么選擇航天育種

趙輝表示，我國糧食作物總耕地面積約占世界糧食作物總耕地面積的7%，卻要解決占全世界人口總量20%的人的吃飯問題，因此，選育良種關(guān)系著農(nóng)民的土地和百姓的生活。

“過去我們的育種也沒有形成產(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，整個鏈條是分開的。這樣一來中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的種子越來越少，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?！壁w輝認(rèn)為這是擺在中國種業(yè)面前的嚴(yán)峻現(xiàn)實。世界種子市場壟斷趨勢明顯，世界前十強(qiáng)種子公司市場集中度超過55%，美國種業(yè)巨頭僅孟山都一家公司的國際商品化種子市場占有率就高達(dá)21%。中國是種子需求大國，中國種業(yè)的競爭力卻不強(qiáng)。

“我們現(xiàn)在努力去做的正是選育-繁殖-推廣一體化。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)行觀察和研究，然后做品種的選育與推廣，這也是如今國家在農(nóng)業(yè)種業(yè)發(fā)展方面大力倡導(dǎo)的‘育繁推一體化’?！?/p>

在通州國際種業(yè)科技園區(qū)，神舟綠鵬有著占地400畝的試驗示范基地，還建設(shè)了研發(fā)中心、全智能半封閉溫室、高通量分子育種實驗室、植物組培中心、育苗工場和能夠滿足選育、栽培試驗、示范種植的各種大棚設(shè)施。作為北京市植物組織培養(yǎng)工程技術(shù)研究中心，神舟綠鵬的組織培養(yǎng)實驗室有1000多平方米，配套有2600多萬元的各種組培技術(shù)試驗和種苗質(zhì)量檢測設(shè)備，可實現(xiàn)年產(chǎn)組培苗3000萬株。

趙輝介紹，育種的方式有很多，但傾全力投入航天育種是因為確實有其獨(dú)到之處?！爸参镌谧匀唤绲耐蛔兟史浅５?，通過自然變異方法要從作物中選出一個變異株，需要相當(dāng)長的時間。但通過航天搭載、空間誘變這些特殊手段，就能把幾十年、上百年的變異過程壓縮在七八天、一兩個月或者一兩年的時間內(nèi)完成。此舉既加快了農(nóng)作物種子的變異過程，縮短了選育周期，又豐富了育種材料。搭載上天的一個品種，返回以后經(jīng)過4代選育，一般就能選育出3～5個甚至更多的變異株來，這大概就是四年左右的時間。”除了加快變異、縮短育種周期外，航天育種作物的營養(yǎng)成分和抗性也得到大幅度提高。

以神舟綠鵬為例，通過在神舟飛船上搭載植物試管苗，經(jīng)過地面選育試驗，已培育出的太空香蕉、太空樹莓、太空草莓、太空蘭花、太空百合、太空微型月季、太空蘆竹等品種十余個，抗病、早熟、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的太空香蕉已在廣東、海南、福建等地大面積推廣；太空蝴蝶蘭、太空石斛花、太空螺旋藻在深圳已經(jīng)形成產(chǎn)業(yè)，每年有50萬株投入市場。

在趙輝看來，航天育種是個接地氣的行業(yè)，已經(jīng)有多個地區(qū)利用這一技術(shù)帶動了產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)了收益。比如江西廣昌白蓮種植的案例。早在1994年，當(dāng)時還戴著貧困縣帽子的廣昌縣有一個白蓮科學(xué)研究所，他們希望把一些白蓮種子送上太空，從而提高產(chǎn)量。之后，他們在2002年、2004年又先后開展了兩次航天搭載，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)實率高、顆粒大等特點(diǎn)，其中太空蓮36號品種平均畝產(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)展前景和社會經(jīng)濟(jì)效益，太空白蓮帶動了廣昌縣的農(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輝介紹道。

▲ 航瓜mini水果黃瓜（上）和航粉1號（下）

▲ 甜瓜金橙（上）和櫻桃番茄（下）

“天外來物”無須擔(dān)心

航天育種是不是轉(zhuǎn)基因？趙輝斬釘截鐵地說，當(dāng)然不是。

轉(zhuǎn)基因是在某物種的基因中引入外來基因，航天育種采用物理誘變育種手段，沒有外源基因的導(dǎo)入，兩者截然不同。很多人對轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品的安全性有爭議，航天育種的安全性卻是確定的。從機(jī)理角度來說，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年時間中，其安全性沒有發(fā)現(xiàn)任何問題。

還有人疑惑，種子在宇宙射線的沖擊下發(fā)生了變異，會不會帶有放射性？

簡單來說，空中的放射性物質(zhì)就像灰塵一樣，落在人員、地面、物體等表面，造成污染就是核沾染。但經(jīng)歷過宇宙射線轟擊的植物種子卻不存在這樣的問題，因為宇宙射線并不帶有能夠造成核放射沾染的核物質(zhì)，更不會傳遞給種子。舉個例子，如果一塊面包受到核沾染，那表面就有核物質(zhì)附著；但這塊面包如果是經(jīng)射線照射，當(dāng)射線移除后，不會有核物質(zhì)沾染。因為宇宙射線與核輻射沒有關(guān)聯(lián)，而且宇宙射線在太空中對植物種子的作用是瞬間完成的，種子雖然出現(xiàn)基因變異，卻不會接觸到任何放射性物質(zhì)，更不可能帶著放射性回到地面。

“為什么你吃到航天育種的蔬菜卻不知道呢？航天育種提高了產(chǎn)量和抗性，菜農(nóng)愿意種植，但農(nóng)貿(mào)市場的菜商卻不愿說自己賣的是航天育種產(chǎn)品。”這種微妙的矛盾，在趙輝看來也反映出社會大眾對航天育種還不夠了解，一些人甚至還存在誤解，還需要廣泛的科普宣傳。

▲ 育種人員在認(rèn)真檢查實驗室儀器

▲ 神舟綠鵬的組織培養(yǎng)中心

▲ 實驗室工作人員在觸屏上進(jìn)行操作

▲ ministore是實驗室最貴的儀器之一，價值七百多萬元

趙輝認(rèn)為發(fā)展航天育種產(chǎn)業(yè)還需要做更多的事情，比如，航天育種品牌保護(hù)力度不夠，一些企業(yè)打著“航天育種”的幌子進(jìn)行炒作，其實是掛羊皮賣狗肉，嚴(yán)重影響了航天育種技術(shù)的發(fā)展和航天育種企業(yè)的聲譽(yù)。對于未來，他希望中國能成長出更多航天育種的龍頭企業(yè)，培育出自己的優(yōu)勢品種，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，從而提升市場競爭力，加快科技成果的轉(zhuǎn)化步伐，增強(qiáng)航天技術(shù)對社會民生的貢獻(xiàn)。種種這些在趙輝心中可以濃縮成一句話——“一粒種子改變一個世界，航天育種創(chuàng)造美好生活”。

責(zé)任編輯：吳琳

附神舟綠鵬公司2016年航天育種搭載材料清單：

2016年神舟綠鵬公司先后利用返回式空間飛行器、在軌空間站等搭載了多種植物種子、組織等材料，開展了一系列空間誘變試驗，目前正在進(jìn)行地面選育。搭載品類及選育方向包括：

4月成功搭載了1種主糧、6種經(jīng)濟(jì)作物、4種蔬菜和2種果類作物，有剛剛被列為主糧的馬鈴薯、油料作物文冠果、油菜，經(jīng)濟(jì)作物燕麥、大麥、青稞等共22個品種，辣椒、油豆角、甜瓜、南瓜等7個品種的蔬菜種子，以及10個品種的草莓和樹莓試管苗叢生芽。預(yù)期經(jīng)過地面試驗，選育出產(chǎn)量高、抗性強(qiáng)、品質(zhì)性狀表現(xiàn)優(yōu)秀的作物新品種。

6月成功搭載了8個品系的葡萄種子，4個品系的刺葡萄種子，2個品系的大豆種子，7個品系的水稻種子，還有冰草、辣椒、豆角、甜菜和手植柏種子等。品種選育方向包括：1.優(yōu)質(zhì)小漿果航天新品種選育，目的是改善果實的品質(zhì)和創(chuàng)新種質(zhì)，打破國外品種壟斷，選育自主品種，并應(yīng)用于生產(chǎn)；2.北方地區(qū)園藝植物品種選育，目的是選育適合北方地區(qū)氣候和種植特點(diǎn)的園藝植物新品種，改善作物品質(zhì)和抗性，并應(yīng)用于生產(chǎn)；3.航天水稻新品種選育，目的是提高作物產(chǎn)量、抗性，改善品質(zhì)。

9月成功搭載了水稻、小麥、辣椒、甜瓜、豆角、南瓜、西葫蘆、黃瓜、葫蘆、冰菜、山桐子、苦蕎等，共計3大類、69份種質(zhì)資源。品種選育方向包括：1.航天水稻新品種選育，目的是提高作物產(chǎn)量、抗性，改善品質(zhì)；2.航天小麥新品種選育，目的是選育抗倒伏、抗病豐產(chǎn)新品種；3.北方地區(qū)園藝植物品種選育，目的是選育適合北方地區(qū)氣候和種植特點(diǎn)的園藝植物新品種，改善作物品質(zhì)和抗性，并應(yīng)用于生產(chǎn)。

10月成功搭載了芒果、丹參、馬鈴薯、食用菌等，進(jìn)行優(yōu)質(zhì)航天新品種選育，預(yù)期達(dá)到以下目標(biāo)：育成適應(yīng)生產(chǎn)和市場需要的品質(zhì)優(yōu)良、抗病性強(qiáng)、耐貯性好和矮化的自主知識產(chǎn)權(quán)芒果新品種；獲得適應(yīng)性、抗逆性強(qiáng)，生物產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)良的丹參新品種；選育高量、抗旱、抗病、早熟、加工特性好、營養(yǎng)品質(zhì)高的馬鈴薯鮮食、加工新品種；選育優(yōu)質(zhì)食用菌菌種，提高菌種的生長速度、產(chǎn)量和優(yōu)良特性的穩(wěn)定性，并應(yīng)用于規(guī)?；a(chǎn)。