太空种菜不是梦

◎文 中国科学院光电研究院 黄宛宁

太空种菜不是梦

◎文 中国科学院光电研究院 黄宛宁

如今，随着我国航空航天技术的蓬勃发展，空间站建成指日可待，很多空间实验也将在太空开展。例如，到太空去种菜！要在太空种菜就要有合适的种子。如何知道哪些种子合适呢？那就先把农作物的种子弄上天去，研究一下太空环境对种子生长发育会产生什么样的影响。这就是我们今天要介绍的空间诱变育种技术。

空间诱变育种技术

空间诱变育种技术按照农作物种子搭载的平台飞行高度不同，可分为高空诱变育种和太空诱变育种。

高空诱变育种，一般搭载高空科学气球平台，飞行在30～40千米的临近空间高度。临近空间环境具有高真空、高紫外线强度、地球磁场和高能带电粒子辐射等特点。农作物种子搭载高空科学气球进入临近空间飞行，众多复杂的空间环境因素对农作物种子的生长发育会产生极大的影响，使农作物的染色体产生缺失、重复、移位、倒置等基因突变，回到陆地上，经过多代筛选、培育，形成特性稳定的新品种。

太空诱变育种的原理与之类似，只是搭载平台为卫星、飞船等航天器，飞行在地球大气层以外的宇宙空间。因此，空间诱变育种技术是航空航天技术、生物技术、农业育种技术交叉结合的产物。

高空诱变育种技术的延伸——太空育种

高空诱变育种具有成本低廉，过程快捷的优点，但是在20世纪60年代，前苏联及美国的科学家将植物种子搭载卫星上天，在返回地面的种子中，发现其染色体畸变频率有较大幅度的增加，比高空诱变幅度更大，范围更广，更易出现特异性变异。

于是，太空诱变育种技术便开始发展起来。

1984年，美国将番茄种子送上太空，逗留时间达6年之久，返回地面后经科研人员试验，获得了变异的番茄，且它的种子后代对人体无毒，可以食用。

1996年，美国的布鲁斯·巴格比研究出太空矮杆小麦，小麦株高40厘米，生育期也只有60天，这种小麦产量高出普通小麦3倍，很有可能适合太空生长。

除此之外，俄罗斯和美国成功地在“和平号”空间站培植出小麦、白菜和油菜等植物品种。1999年，俄罗斯的太空小麦也终获成功。

进入21世纪，美、日、西欧已将太空植物的培育作为重点发展项目，先后培育出百余种太空植物。

我国的太空育种技术

我国的太空育种，主要搭载返回式卫星或者“神舟”系列载人飞船进行，涉及的品种非常广泛：包括水稻、小麦、谷子、大豆、玉米、高粱、马铃薯等粮食农作物；青椒、番茄、绿菜花、石刁柏、黄瓜、茄子、豇豆、树莓等蔬菜水果作物；油菜、大豆、芝麻、核桃等油料作物；大枣、桂花、棉花、红麻、孜然、牧草、甜菜等其他农作物共6000多份种子材料。

空间诱变育种培育的农作物安全吗？

有些人可能会质疑空间诱变育种的安全性，怀疑其与地面辐射育种有无区别。实际上，种子空间诱变属于种子常规培育中的物理性辐射诱变。它是在微重力条件下，将太空中的宇宙射线、微重力、高真空、弱地磁场等高能粒子作为辐射源，通过诱变作用使植物产生各种基因变异，种子本身却不会沾染到放射性物质。而受核辐射污染的食品之所以不能食用，是因为其含有放射性物质。

种子诱变后的基因变化对食品安全有没有影响？

“假如一个基因序列原来是‘1234’，上太空后变成‘3214’，也就是说，空间诱变并没有导入任何外源基因，仅仅是植物自身基因组序列发生了改变。”中国空间技术研究院航天育种专家庞欣博士表示，航天诱变的果实与常规辐射诱变育种获得的果实是一样的。

况且，上过太空的种子返回地面后需要很多代的培育，转化为果实之后还需要在鉴定之前提供成分分析报告，其中包括毒理、营养成分等检测。这种安全性检测很严格，最终通过审定的品种是安全可靠的，可以放心食用。

为什么一定要去太空做诱变育种？

有人会问，我们在地面上模拟太空环境进行这种诱变育种实验，是不是会安全一点？

其实，在地面上虽然可以通过高能加速器模拟空间射线环境，却难以模拟太空综合环境对植物产生的效果。因为太空环境中并不只有辐射，“既有微重力，又有辐射、宇宙线，紫外线、弱地磁场等多种因素共同存在，其中最主要的是模拟不了失重”，引发种子发生遗传变异的正是各种太空综合条件。

太空中的高能粒子辐射可以引起DNA双链断裂，既可能造成细胞凋亡，也可能引起细胞染色体变异，而空间诱变育种就是希望双链断裂以后引起细胞染色体变异。

20余年来，我国利用高空科学气球、返回式卫星及“神舟”系列飞船等搭载方式完成了300多项空间搭载试验，获得了大量有益变异体，选育出了一大批综合性状良好，同时具有市场竞争力的农作物新品种。例如：“航丰1号”棉花平均亩产皮棉180千克，比常规棉花多出70千克；“航椒1号”辣椒维生素C含量为234毫克，比一般辣椒高出近两倍；“太空5号”小麦口感好，产量超过传统品种10%以上；“太空万寿菊”花期长达9个月等等，这些都是航天育种技术的成果。

先进的航天技术为快速培育优良品种及特异种质资源开辟了一条新途径，为人类进入太空农业时代展示了美好前景。因此，空间诱变育种的研究不但在育种上和应用上具有重要意义，而且在探索空间条件对生物体影响机理等方面也具有重要的理论意义，同时为人类开拓空间资源创造了条件，具有十分广阔的发展前景。

（本文摘编自“科学大院”微信公众号）