▲科研人員調(diào)查嫦娥五號(hào)搭載種子長(zhǎng)成幼苗的發(fā)育情況。郭濤供圖

▲紫花苜蓿種子出苗。楊紅善供圖

■本報(bào)記者 張晴丹

這幾天，經(jīng)歷“奔月之旅”歸來(lái)的一部分水稻、苜蓿和燕麥種子已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室里出苗，并且長(zhǎng)勢(shì)喜人，它們承載著解決種源“卡脖子”問(wèn)題的重大任務(wù)。

種子遨游太空并不是什么新鮮事，神舟八號(hào)、神舟十號(hào)、天宮一號(hào)、實(shí)踐十號(hào)等都曾搭載不同的種子上天。然而，這次與嫦娥五號(hào)同行的種子，經(jīng)歷了與以往完全不同的“太空之旅”，這場(chǎng)“遠(yuǎn)行”完成了深空空間誘變實(shí)驗(yàn)，帶來(lái)了更大變化的可能。

30多年的航天育種事業(yè)，一批又一批優(yōu)良品種的“誕生”，都在獻(xiàn)力于中國(guó)種業(yè)翻身仗，為實(shí)現(xiàn)“種業(yè)強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”的目標(biāo)而不懈努力。

搭載機(jī)會(huì)難得，種子肩負(fù)重任

種子被視為農(nóng)業(yè)的“芯片”，但是我國(guó)種業(yè)底子薄、資源家底不清，自主創(chuàng)新水平不及發(fā)達(dá)國(guó)家，一些農(nóng)作物種子被國(guó)外壟斷，要下決心把民族種業(yè)搞上去，就要加緊培育具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良品種。

“要想培育優(yōu)良新品種，必須有優(yōu)異的種質(zhì)資源，這就需要用不同方法來(lái)創(chuàng)新種質(zhì)獲得育種材料。目前已有的方法和手段有野生種收集、雜交、基因編輯、分子設(shè)計(jì)和空間誘變等，其中的空間誘變更具‘潛力’。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所（以下簡(jiǎn)稱蘭州牧藥所）抗逆牧草育種與利用團(tuán)隊(duì)首席專家楊紅善在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示。

楊紅善介紹，空間誘變有三大“寶”，分別是高真空、微重力、空間射線，這三個(gè)因素共同作用可以使得種子內(nèi)部的遺傳基因發(fā)生變化，種子回到地面后就有可能會(huì)“變異”出符合育種家需要的育種材料。

每一次的載荷非常有限，此次嫦娥五號(hào)搭載了以航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟（以下簡(jiǎn)稱聯(lián)盟）牽頭的多家單位提供的水稻、苜蓿、燕麥、蘭花、竹子等各類農(nóng)作物、林草花卉種子共30余種?！奥?lián)盟發(fā)揮組織成員單位協(xié)作科研攻關(guān)的作用，用好搭載材料，從中取得更多科學(xué)發(fā)現(xiàn)和研究試驗(yàn)成果?！甭?lián)盟理事長(zhǎng)梁小虹表示。

能上天的種子都是“天選之子”，要通過(guò)層層選拔。“在搭載之前，我們要測(cè)定發(fā)芽率，選擇發(fā)芽率在95%以上的種子，并逐粒進(jìn)行人工‘精選’，要保證每粒種子飽滿。”楊紅善說(shuō)，這次搭載的牧草種子分兩類，一個(gè)是被譽(yù)為“牧草之王”的紫花苜蓿種子8.3克，一個(gè)是高海拔地區(qū)優(yōu)質(zhì)牧草燕麥種子10克，它們的主要用途是解決牛羊口糧問(wèn)題。

與以往神舟飛船、返回式衛(wèi)星等搭載不同的是，嫦娥五號(hào)地月往返共23天，整個(gè)空間飛行距離接近80萬(wàn)公里，與近地軌道的整個(gè)環(huán)境因素差異巨大。

“深空環(huán)境對(duì)于生命的影響是一個(gè)非常重要的研究課題。我們搭載的近2500粒‘航聚香絲苗’水稻品系種子經(jīng)歷了范艾倫輻射帶和太陽(yáng)黑子爆發(fā)，這些空間環(huán)境因素可能會(huì)對(duì)水稻實(shí)驗(yàn)材料的變異率和變異幅度產(chǎn)生重大影響，理解這種變化，對(duì)下一步探討物種進(jìn)化和生命起源具有理論價(jià)值。”國(guó)家植物航天育種工程技術(shù)研究中心副主任郭濤在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。

對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)，這是一次“無(wú)比難得的機(jī)會(huì)”。

找尋變異性狀，獲得優(yōu)良種質(zhì)

搭載只是第一步，結(jié)束“太空之旅”回到地面后，種子會(huì)被分為三部分，一小部分用于早期室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，大部分用于大田種植實(shí)驗(yàn)，剩下的會(huì)作為種質(zhì)資源保存起來(lái)。要做的第一件事就是取少量的材料，全方位地觀察其萌發(fā)變化。

“從宏觀到微觀都有一系列的變化。宏觀體現(xiàn)在水稻的農(nóng)藝性狀，比如株高情況、分蘗多與少等，微觀則體現(xiàn)在細(xì)胞學(xué)染色體上，再具體一點(diǎn)，比如DNA分子的遺傳物質(zhì)、堿基的序列等，都可能發(fā)生‘變異’?！惫鶟榻B。

然后，科研人員要把這些變化與沒(méi)有上天的種子進(jìn)行對(duì)比，尋找差異以及原因。種子出苗后，種到大田里尤為關(guān)鍵，可以觀察生長(zhǎng)發(fā)育總體變化。不過(guò)，郭濤表示，這一過(guò)程很艱辛，需要經(jīng)過(guò)多個(gè)遺傳世代才能最終把更好的優(yōu)良性狀“固定”下來(lái)，用分子生物手段把相關(guān)基因克隆，再針對(duì)這個(gè)基因開(kāi)展更多育種工作。

在郭濤看來(lái)，航天育種是一個(gè)“長(zhǎng)跑”的過(guò)程，覆蓋種子多個(gè)生命周期。就水稻而言，要完整地做完整個(gè)實(shí)驗(yàn)需要4到5年，或者更久的時(shí)間。

而中國(guó)十大名花之一的蘭花，其育種時(shí)間比水稻還要長(zhǎng)，國(guó)蘭雜交育種過(guò)程長(zhǎng)達(dá)8年，縮短育種時(shí)間是此次蘭花種子搭載的一個(gè)主要目的?！拔覀冞x擇的是國(guó)蘭、杓蘭、兜蘭等3屬7種蘭花種子，都是中國(guó)蘭花，沒(méi)有洋蘭。”北京林大林業(yè)科技股份有限公司總經(jīng)理?xiàng)蠲麋髟诮邮堋吨袊?guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)。

他們對(duì)這3個(gè)屬寄予了不同的厚望?！跋Ｍ苓x育出花期更長(zhǎng)、花色更豐富、葉形更多樣、抗逆性更強(qiáng)的國(guó)蘭和兜蘭；并且，讓杓蘭實(shí)現(xiàn)種子繁殖，以此提高產(chǎn)量，改變?yōu)l危現(xiàn)狀。”楊明琪表示。

搭載回來(lái)的種子許多都已開(kāi)展研究。根據(jù)目前水稻種子的發(fā)芽和出苗情況，郭濤滿懷期待，因?yàn)檫@些種子發(fā)芽速率更快，“深空環(huán)境因素的持續(xù)作用，似乎使得它們的遺傳物質(zhì)更加‘活躍’”。

這或許也與這些水稻種子來(lái)源于“太空世家”息息相關(guān)。這個(gè)“航聚香絲苗”種子的父親“華航31號(hào)”和母親“航恢1508”都是經(jīng)過(guò)空間誘變選育出的新品種，其性狀本身就比較優(yōu)良。

最近，一小部分紫花苜蓿和燕麥種子也相繼發(fā)芽出苗?！坝捎诓皇欠N植季節(jié)，我們的主要工作會(huì)放到3月份，育苗后種植到大田里，完成整個(gè)生育期。”楊紅善介紹。

相比之下，蘭花種子的發(fā)芽進(jìn)程緩慢很多。楊明琪透露，此次搭載后部分果莢出現(xiàn)開(kāi)裂，蘭花種子的發(fā)芽正在努力中。

產(chǎn)品走進(jìn)市場(chǎng)，產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展

從1987年我國(guó)先后利用返回式衛(wèi)星、神舟飛船開(kāi)展航天育種搭載實(shí)驗(yàn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，創(chuàng)制了許多種質(zhì)資源，通過(guò)審定的新品種超過(guò)200個(gè)，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益達(dá)2000億元左右，這些新品種都是“優(yōu)等生”，有著各自的“閃光點(diǎn)”。

作為我國(guó)排在第一位的糧食作物，水稻的研究意義非凡?！拔覀冎行木褪且运緸樽钪饕膬?yōu)勢(shì)和特色，目前已經(jīng)選育了57個(gè)水稻新品種在生產(chǎn)上大量推廣和應(yīng)用，推廣面積超過(guò)6000萬(wàn)畝?！惫鶟榻B。其中，“華航31號(hào)”經(jīng)過(guò)空間誘變后的產(chǎn)量提升10%，成為了廣東省農(nóng)業(yè)主導(dǎo)品種。華航聚香系列品系具有特優(yōu)質(zhì)、多抗等特性，在市場(chǎng)上備受青睞。

蘭州牧藥所通過(guò)航天誘變育種培育出的國(guó)家新品種“中天1號(hào)紫花苜?！?，直觀表型性狀為多葉，以5葉為主（常規(guī)苜蓿為3片小葉），葉片越多，產(chǎn)量越高，比對(duì)照品種產(chǎn)量高10%以上，粗蛋白質(zhì)含量也更高。楊紅善介紹，這個(gè)品種目前正在北方地區(qū)大面積推廣種植。

一提到太空農(nóng)作物，就避不開(kāi)一個(gè)食品安全的話題。

“航天育種新品種的安全性是毋庸置疑的。”郭濤表示，空間誘變改變的是水稻的性狀，不會(huì)導(dǎo)致大米成分的變化，對(duì)人的遺傳物質(zhì)也不會(huì)產(chǎn)生任何不利影響。

楊紅善認(rèn)為，自然界本就存在突變，空間誘變只是提高了突變的概率，很安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界突變品種的數(shù)量達(dá)3280多個(gè)，62%屬于誘導(dǎo)突變，其中25%是水稻品種，大麥約占10%，都已經(jīng)在全世界廣泛使用。

2015年，國(guó)際空間站的宇航員就在太空中收獲了他們種植的生菜，并且直接食用，更生動(dòng)地證明了航天育種的安全性。

實(shí)際上，航天育種的產(chǎn)品已經(jīng)廣泛深入各個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈，產(chǎn)品已經(jīng)延伸到市場(chǎng)上，進(jìn)入了我們的“米袋子”和“菜籃子”，只是很多人并不知曉。

郭濤指出，我國(guó)有完善的規(guī)章制度保障食品安全。一個(gè)品種要想“端上”百姓的餐桌猶如“西天取經(jīng)”般不易，會(huì)經(jīng)歷一系列“把關(guān)”，比如品比試驗(yàn)、區(qū)域試驗(yàn)、生產(chǎn)示范等，還要通過(guò)省級(jí)以上農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定，才可以大面積推廣。

“凡是能在市面上合法流通的水稻產(chǎn)品都符合國(guó)家的食品安全要求，大家完全可以放心食用?！惫鶟龔?qiáng)調(diào)。