太空种子“上天”“入地”助推现代农业发展

2020-09-14 07:17策划本刊编辑部李霜

电脑迷 2020年8期

策划/本刊编辑部文/本刊记者李霜

浩瀚宇宙成“育种实验室”

“航天育种”在不少人看来像是新名词，其实已经伴随人类的航天事业走过了三十多载，取得了一大批成果，在关键技术开发、重要种质创新以及品种选育和成果产业化等方面取得了令人瞩目的成绩。日前，长征5B返回舱顺利着陆，地面的育种专家们为太空种子的“落地”不断研讨，为农业现代化发展贡献科技力量。那么，航天育种到底是什么？航天与农业又将碰撞出哪些“火花”呢？

新型育种技术促进农业现代化

每667 m2产量高达4 000 kg、比普通线椒增产1.66 倍、维生素含量翻番的“太空线椒”；5 d 左右就长成西瓜大、每个200 kg重的“太空南瓜”，两个壮小伙子都抱不动；号称“番茄部落”的“太空番茄”，2 m多高的“番茄树”沿棚架攀爬生长，最高可达20 m，一根主干上能长出几百枝的分枝，枝叶覆盖150～180 m2，能结1万多个番茄……

这些神奇的“太空蔬菜”，源于航天育种工程。航天育种又叫农业空间诱变育种或太空育种，是指利用返回式航天器（卫星和飞船）将农作物种子送入太空中，利用空间宇宙射线、微重力、高真空、弱磁场等特殊环境对农作物种子的诱变作用来产生变异，使其内部DNA 链上的基因组发生缺失、重复、易位或倒置，进而产生一些高频度、大幅度的遗传性状突变，来创造丰富的育种变异材料、创新种质资源，再返回地面选育、培育新品种的作物育种新技术。

与常规育种不同，航天育种主要依靠的是外太空的环境，对种子进行内部基因重组。种子选拔、太空遨游、地面攻坚、示范推广是航天育种的四个步骤。

据黑龙江省农业科学院园艺分院副研究员王雪介绍，与其他育种技术相比，航空育种能够更加快速地获得稳定品系，使新品种的育种年限缩短到5～6年。另外，航空育种的本质是利用特殊的环境加速作物的自然突变频率，没有外来基因片段插入，不会造成食品安全隐患。

多地筛选种子“上天”

1987年8月5日发射第九颗返回式科学实验卫星，我国科学家筛选农作物种子等生物材料首次进行卫星搭载开展空间诱变实验，标志着我国航天育种事业拉开了序幕。此后，全国各省市将浩瀚宇宙作为“育种实验室”，筛选了一批又一批种子上天，助推我国航天育种高速发展。

日前，陕西省航天育种工程技术研究中心新一代载人飞船空间科学实验搭载材料交接仪式在西安文理学院举行。陕西33份特色育种材料“凯旋”，搭载材料涉及分布在秦岭的国家一级保护植物华山新麦草、生态修复菌以及杜仲、枸杞、沙棘、文冠果、沙地云杉、秦椒、晋谷等地域特色农作物品种。陕西省航天育种工程技术研究中心负责人表示，今后该中心将继续立足陕西重要的生物多样性资源，聚焦秦岭生态环境保护与修复、黄河流域生态保护，以国家重点保护植物、生态修复微生物以及农作物种质资源的选育为重点，开展航天育种机理研究、搭载材料返回地面后育种规范化研究，将航天诱变与分子生物学技术相结合，对诱变材料进行遗传多样性分析，通过航天育种和多技术集成，缩短育种年限，提高育种效率。

宁夏科技厅和宁夏航天产业投资管理有限公司组织本地育种单位和相关院校，选送26种177个品类共计4 265 g 特色物种开启“太空之旅”。参与物种涵盖枸杞、小麦、马铃薯、硒砂瓜、小杂粮、甜瓜、牧草、沙米、沙冬青、金莲花等宁夏特色农业领域具有育种开发价值的代表性种质资源和育种材料。据宁夏科技厅相关领导介绍，开展航天搭载试验，有助于加快培育更多品种优、产量高、抗性强的特色农业新品种，拓展航天技术在宁夏农业育种、特色资源开发、生态环境监测评估、生物和自然灾害预警防控等领域的利用。

我国新一代载人飞船试验船返回舱在轨飞行67 h后，在东风着陆场预定区域成功着陆回收，试验取得圆满成功，搭载有内蒙古自治区范围内征集的小麦、玉米、马铃薯、荞麦、燕麦、蒙古黄芪等26个品种74 份空间诱变育种实验生物材料与试验船一起“问鼎苍穹”，这些生物材料的搭载，开启了内蒙古航天育种事业的“新征程”。据悉，参与育种实验的均为内蒙古优势特色作物、杂粮、中蒙药材、牧草和果蔬，旨在通过空间诱变实验育种，快速创制具有自主知识产权的种质资源，培育高产、质优、早熟农作物新品种、新种质资源，有力支撑“科技兴蒙”。试验船在轨飞行期间，穿越范艾伦辐射带，接受的空间总辐射剂量和微重力环境均与以往神舟飞船、天宫实验室和返回式卫星所经历的空间环境不同，为开展空间辐射生物学研究、空间诱变和航天育种研究与实验提供了前所未有的宝贵机会。

太空种子在广袤大地“生根发芽”

太空种子“上天”后，还需“入地”。经历航天“旅行”的种子回到地面后，育种专家就可以开始进行地面攻坚工作。

“经过太空诱变的种子返回地面后，要对它们进行艰苦、漫长的‘地面攻坚’工作，这是航天育种的核心和关键步骤。”航天育种（杨凌）种质资源研究中心主任郭锐介绍。种子返回地面后，它的变动是无序的、不可控的，有可能变“好”，有可能变“坏”，也有可能没有变化。

“种子巡游太空后返回，是否能达到预想的效果，只有把它们播到土壤中，帮助它们发芽、成长、开花、结果，再与其普通同类比较才知道。”郭锐介绍。从太空种子播种开始，每个步骤都要精确记录科研数据，再对数据进行比对。

据了解，由于这些种子的变化是分子层面的，想分清哪些是我们需要的，必须先将之播种下去。一般从第二代开始筛选突变单株，然后将选出的种子再播种、筛选，让他们自交繁殖，如此繁育三四代后，才有可能获得遗传性状稳定的优良突变系。

地面选育需要进行多代筛选、培育，一批太空种子从落地到新品定型至少需要4 年时间。到第四年，一旦真正确认好了变异，种子稳定下来能连续向下遗传了，此时它们才能成为新品种。经过多代筛选和培育后，种子只有通过审定才能成为真正意义上的“太空种子”，可以在全国范围内进行推广，并走上百姓的餐桌。

粮食生产是我国农业生产的重中之重，因此我国航天育种的重点放在了粮、棉、油等关系国计民生的重要农作物上，育种专家多次对结束“飞天之旅”的重要农作物种子进行地面培育，让种子在全国各地“生根发芽”。据不完全统计，到今年年初已经通过审定的66种太空种子中，有40多个是水稻品种。这些新品种的推广，大大增加了水稻的亩产量，提高了水稻的品质，为维护我国的粮食安全做出了重要贡献。

“航天+农业”催生新商机

近年来，我国农业现代化成就巨大，从休闲农业、品牌农业、设施农业、微农业、功能农业，再到智慧农业、智能农业、精准农业、生态农业。一大批新经济形态和产业升级正在极大地拓展乡村经济的内涵和外延。航天农业也逐渐走入了大众的视野。经过多年的探索和发展，航天农业已成为现代农业创新变革的“助推器”。航天农业除了在科研上有广阔的发展前景之外，其商业模式也值得深挖。

一是建设航天育种基地助推乡村振兴。在醴陵市茶山镇铁河口村，有这么一个航天育种基地，百花盛开、蔬果喜人，在园区土地上孕育的太空辣椒、丝瓜、茄子等作物品种达几十种，说是一个小小的“伊甸园”也不为过。位于茶山镇铁河口村的航天育种基地占地80 hm2，作为醴陵乃至株洲首家“太空蔬菜”种植基地，在科技致富的道路上，利用优质高产的农作物品种，基地负责人积极带动当地贫困群众就业脱贫，帮助农民实现增产增收。同时利用农作物育种的条件改善，提高瓜果蔬菜种子产量和质量，创造直接经济效益1 200万元，加速传统农业转型升级。

二是建设太空农场普及航空科学知识。重庆市大渡口区的都市太空梦幻农场利用太空农产品品种丰富、形态奇异、食用价值高等优势，结合都市综合商业体，建设成为了航天农业科普基地。该农场总面积约3 500 m2，分为太空乐园观光区、太空乐园体验区、太空乐园科普区三大区域，集合了农趣体验与观光体验、自然科普教育、休闲娱乐、亲子游乐、绿化环境等多种功能。太空梦幻农场除了供市民游玩体验之外，更重要的是普及航空航天相关科技成果、科学知识，成为了孩子们科学探究的实验室。

三是航天农业观光园促进农旅融合发展。在宁河县俵口乡兴家坨村的生态旅游观光农业示范园区，玻璃智能联动温室已经建成，70 余种航天蔬菜在此种植。游客可以在生菜“树”上摘下自己心仪的菜品，也可以在黄瓜架上找到漂亮的乳瓜。除了太空蔬菜采摘项目外，观光园还进行了跨行业整合，主要是与旅游业、食品加工业的组合，运用太空花卉、太空蔬菜等新颖奇特的农作物，为观光旅游增添新颖的景观、奇妙的体验。