記者從中國(guó)載人航天工程辦公室了解到,我國(guó)航天育種取得豐碩成果。目前,經(jīng)過國(guó)家審定的航天育種新品種已經(jīng)有200個(gè),航天育種培育的小麥、水稻等農(nóng)作物新品種,累計(jì)種植面積超過240萬公頃,糧食產(chǎn)量增加量約為13億公斤。

太空育種又結(jié)碩果

航天育種是航天技術(shù)、生物技術(shù)與農(nóng)業(yè)育種技術(shù)相結(jié)合的育種新途徑,是通過利用航天器搭載生物材料在宇宙環(huán)境強(qiáng)輻射、微重力和弱地磁的共同作用下,空間誘變產(chǎn)生基因組水平上的變異,返回地面后經(jīng)過至少4代地面選育,篩選出攜帶新性狀的新材料、新種質(zhì),最終培育出遺傳穩(wěn)定、品質(zhì)優(yōu)良的新品系、新品種。

在日前召開的草業(yè)航天育種專題研討會(huì)上,一批航天育種成果紛紛亮相。

經(jīng)過16的年選育研究,搭載神舟三號(hào)飛船選育出來的中天1號(hào)紫花苜蓿草物種優(yōu)質(zhì)、豐產(chǎn)性狀突出,干草國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)每畝最高達(dá)1789.9公斤,粗蛋白質(zhì)含量平均為20.8%,達(dá)到了中國(guó)苜蓿干草捆分級(jí)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),有效解決了國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種少、國(guó)外引進(jìn)品種退化快等問題。

中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蘭州畜牧與獸藥研究所抗逆牧草育種與利用團(tuán)隊(duì)首席專家楊紅善介紹,牧草航天育種主要集中于苜蓿品種的選育研究,未來尚有廣闊的發(fā)展空間。目前已經(jīng)成功培育出的“中天1號(hào)紫花苜蓿”、“農(nóng)菁14號(hào)紫花苜蓿”等國(guó)家級(jí)、省部級(jí)牧草品種,推進(jìn)了草類植物太空育種研究發(fā)展,已在全國(guó)推廣種植25萬畝以上。

利用空間誘變育種技術(shù),華南農(nóng)業(yè)大學(xué)成功地在普感稻瘟病的品種“麗江新團(tuán)黑谷”和“中二軟占”中誘變和創(chuàng)制出一批抗病乃至達(dá)到免疫的新種質(zhì)。利用這些抗病種質(zhì)資源,培育出更為優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)高抗稻瘟病的新品種。

江西省超級(jí)水稻研究發(fā)展中心利用航天誘變,選育出了躍恢航0799、躍恢航1698、躍恢航1573等優(yōu)良恢復(fù)系應(yīng)用于育種。航天搭載空間誘變技術(shù)還在其他主糧作物、經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜水果等品類上獲得了成功的應(yīng)用,涌現(xiàn)出的新品種為糧食安全和農(nóng)民增產(chǎn)增收帶

來了切實(shí)的收益和實(shí)效。

“太空種子”和“航天明星”

哪些種子能夠有機(jī)會(huì)上天,成為“太空種子”呢?一粒普通的農(nóng)作物種子,如何經(jīng)過衛(wèi)星、飛船的運(yùn)輸,成為萬眾矚目的“航天明星”呢?專家介紹說,自然條件下,種子基因突變概率不到百萬分之一,但是在太空環(huán)境影響下可達(dá)到千分之五,同時(shí)太空種子的成活率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于人工誘變的種子。據(jù)悉通過航天育種選育的水稻品種,目前大概占我國(guó)航天技術(shù)育成品種總數(shù)目的近三分之一。

能夠有機(jī)會(huì)上天的“太空種子”,必須是具有穩(wěn)定遺傳性狀的純系自交種,在品種上,一般會(huì)選擇需求量大但生產(chǎn)上存在一些難度的種類。專家解釋道,能送上太空的種子通常是科研院所收集和積累的一些精品材料,并不是在市場(chǎng)上流通的種子。在搭載種子的選擇方面,科研機(jī)構(gòu)制定了一套嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn),最基本條件是純系自交種。如果再嚴(yán)格一點(diǎn),那就是要選擇同一株系上的種子,這樣可以最大程度上保證種子純系自交種的屬性,杜絕機(jī)械混雜的問題。

事實(shí)上,航天育種空間誘變,屬于物理誘變中的輻射誘變,而物理輻射誘變育種的歷史甚為悠久,自1928年已有近百年。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織和國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì),截至目前,超過3000種作物新品種(在70余個(gè)國(guó)家,涵蓋240種作物)已受到官方批準(zhǔn)并進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用。

從上世紀(jì)60年代開始,美國(guó)、蘇聯(lián)、加拿大、日本、芬蘭、澳大利亞和巴西等國(guó)家就陸續(xù)開展了空間生物學(xué)研究和航天育種實(shí)踐。例如,美國(guó)“巨棉1號(hào)”抗蟲棉就是經(jīng)太空輻射變異獲得的一個(gè)抗蟲棉超高產(chǎn)新品種,蘇聯(lián)搭載的棉花和樅樹早已在哈薩克斯坦大面積種植。

我國(guó)航天育種始于上世紀(jì)80年代。最初搭載種子的目的是為了探測(cè)太空環(huán)境對(duì)植物遺傳的影響。研究表明,這些上天的種子發(fā)生了一系列出人意料的變異:經(jīng)歷空間環(huán)境的蘿卜種子幼苗茁壯,搭載上天的大蒜種子長(zhǎng)出的蒜頭竟重達(dá)150克。于是,中國(guó)航天育種的研究也逐漸步入正軌,航天育種學(xué)科得以不斷發(fā)展。

載人航天工程自立項(xiàng)實(shí)施以來,相繼策劃實(shí)施了一系列航天育種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。自1999年神舟一號(hào)飛行任務(wù)開始至今,利用載人航天的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)以及載人飛行器的資源余量,組織開展了累計(jì)百余種、5000多份作物種子和植物材料的空間搭載誘變實(shí)驗(yàn)。除了農(nóng)作物、林木育種領(lǐng)域,還搭載了空間生物類實(shí)驗(yàn)載荷,開展高等植物空間環(huán)境生長(zhǎng)發(fā)育等空間生物學(xué)研究。

“200個(gè)品種”和“2000億元”

記者從中國(guó)載人航天工程辦公室了解到,經(jīng)過多年的實(shí)踐驗(yàn)證,無論是基因組水平,還是表觀遺傳學(xué)水平,航天育種創(chuàng)造出了自然界中罕見或從未出現(xiàn)過的新變異、新性狀,豐富了種質(zhì)資源的遺傳多樣性,產(chǎn)生了大量有益的新突變,創(chuàng)制出諸多攜帶有優(yōu)異性狀的遺傳資源,對(duì)一些重要農(nóng)藝性狀具有突破性影響。這項(xiàng)技術(shù)不僅推動(dòng)了農(nóng)作物的改良,還將被應(yīng)用在食品加工、酒類釀造、生物制藥、石油開采等諸多方向,產(chǎn)生突出的經(jīng)濟(jì)效益。

如神舟八號(hào)為了驗(yàn)證高等植物在空間環(huán)境下的開花結(jié)實(shí)過程,設(shè)計(jì)搭載了《番茄試管苗空間開花結(jié)實(shí)》實(shí)驗(yàn)裝置,8個(gè)番茄蓓蕾5株開花結(jié)果,在國(guó)際首例實(shí)現(xiàn)了太空空間植物開花結(jié)果。

天宮二號(hào)搭載了高等植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),是國(guó)際上首次在空間獲得了擬南芥開花基因啟動(dòng)子控制的綠色熒光蛋白實(shí)時(shí)圖像,為未來建立以植物為基礎(chǔ)的空間生命生態(tài)系統(tǒng)和提高系統(tǒng)的生產(chǎn)效率提供依據(jù),也是我國(guó)首次成功進(jìn)行了植物“從種子到種子”的全生命周期培養(yǎng)。

航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟理事長(zhǎng)、中國(guó)高科技產(chǎn)業(yè)化研究會(huì)黨委書記、中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院原黨委書記梁小虹介紹,我國(guó)航天育種事業(yè)經(jīng)過30余年發(fā)展,在育成品種的數(shù)量和推廣應(yīng)用范圍上處于世界第一位。空間誘變機(jī)理研究水平和航天育種技術(shù)成果在農(nóng)業(yè)的推廣應(yīng)用水平世界領(lǐng)先。

我國(guó)先后30多次利用返回式衛(wèi)星、神舟飛船、天宮空間實(shí)驗(yàn)室和其它返回式航天器搭載植物種子,已在千余種植物中培育出700余個(gè)航天育種新品系、新品種。其中,通過國(guó)家或省級(jí)審定的新品種或新組合超過200個(gè),累計(jì)種植面積1.5億畝,產(chǎn)業(yè)化推廣創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益2000億元以上。

除糧食、蔬菜、水果、油料等農(nóng)作物品種外,還創(chuàng)制出林草花卉、中草藥新品種和制藥、釀酒等微生物新菌種,獲得了廣泛應(yīng)用和良好的社會(huì)效益。

按計(jì)劃,中國(guó)空間站將于2022年前后完成建造。中國(guó)空間站建成后將作為國(guó)家級(jí)太空實(shí)驗(yàn)室,屆時(shí),將會(huì)有更多的優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物品種進(jìn)入太空,獲取更多對(duì)全人類具有重大科學(xué)價(jià)值的研究成果和具有重大戰(zhàn)略意義的應(yīng)用成果。