◎文 中國科學院光電研究院 黃宛寧

太空種菜不是夢

◎文 中國科學院光電研究院 黃宛寧

如今，隨著我國航空航天技術(shù)的蓬勃發(fā)展，空間站建成指日可待，很多空間實驗也將在太空開展。例如，到太空去種菜！要在太空種菜就要有合適的種子。如何知道哪些種子合適呢？那就先把農(nóng)作物的種子弄上天去，研究一下太空環(huán)境對種子生長發(fā)育會產(chǎn)生什么樣的影響。這就是我們今天要介紹的空間誘變育種技術(shù)。

空間誘變育種技術(shù)

空間誘變育種技術(shù)按照農(nóng)作物種子搭載的平臺飛行高度不同，可分為高空誘變育種和太空誘變育種。

高空誘變育種，一般搭載高空科學氣球平臺，飛行在30～40千米的臨近空間高度。臨近空間環(huán)境具有高真空、高紫外線強度、地球磁場和高能帶電粒子輻射等特點。農(nóng)作物種子搭載高空科學氣球進入臨近空間飛行，眾多復雜的空間環(huán)境因素對農(nóng)作物種子的生長發(fā)育會產(chǎn)生極大的影響，使農(nóng)作物的染色體產(chǎn)生缺失、重復、移位、倒置等基因突變，回到陸地上，經(jīng)過多代篩選、培育，形成特性穩(wěn)定的新品種。

太空誘變育種的原理與之類似，只是搭載平臺為衛(wèi)星、飛船等航天器，飛行在地球大氣層以外的宇宙空間。因此，空間誘變育種技術(shù)是航空航天技術(shù)、生物技術(shù)、農(nóng)業(yè)育種技術(shù)交叉結(jié)合的產(chǎn)物。

高空誘變育種技術(shù)的延伸——太空育種

高空誘變育種具有成本低廉，過程快捷的優(yōu)點，但是在20世紀60年代，前蘇聯(lián)及美國的科學家將植物種子搭載衛(wèi)星上天，在返回地面的種子中，發(fā)現(xiàn)其染色體畸變頻率有較大幅度的增加，比高空誘變幅度更大，范圍更廣，更易出現(xiàn)特異性變異。

于是，太空誘變育種技術(shù)便開始發(fā)展起來。

1984年，美國將番茄種子送上太空，逗留時間達6年之久，返回地面后經(jīng)科研人員試驗，獲得了變異的番茄，且它的種子后代對人體無毒，可以食用。

1996年，美國的布魯斯·巴格比研究出太空矮桿小麥，小麥株高40厘米，生育期也只有60天，這種小麥產(chǎn)量高出普通小麥3倍，很有可能適合太空生長。

除此之外，俄羅斯和美國成功地在“和平號”空間站培植出小麥、白菜和油菜等植物品種。1999年，俄羅斯的太空小麥也終獲成功。

進入21世紀，美、日、西歐已將太空植物的培育作為重點發(fā)展項目，先后培育出百余種太空植物。

我國的太空育種技術(shù)

我國的太空育種，主要搭載返回式衛(wèi)星或者“神舟”系列載人飛船進行，涉及的品種非常廣泛：包括水稻、小麥、谷子、大豆、玉米、高粱、馬鈴薯等糧食農(nóng)作物；青椒、番茄、綠菜花、石刁柏、黃瓜、茄子、豇豆、樹莓等蔬菜水果作物；油菜、大豆、芝麻、核桃等油料作物；大棗、桂花、棉花、紅麻、孜然、牧草、甜菜等其他農(nóng)作物共6000多份種子材料。

空間誘變育種培育的農(nóng)作物安全嗎？

有些人可能會質(zhì)疑空間誘變育種的安全性，懷疑其與地面輻射育種有無區(qū)別。實際上，種子空間誘變屬于種子常規(guī)培育中的物理性輻射誘變。它是在微重力條件下，將太空中的宇宙射線、微重力、高真空、弱地磁場等高能粒子作為輻射源，通過誘變作用使植物產(chǎn)生各種基因變異，種子本身卻不會沾染到放射性物質(zhì)。而受核輻射污染的食品之所以不能食用，是因為其含有放射性物質(zhì)。

種子誘變后的基因變化對食品安全有沒有影響？

“假如一個基因序列原來是‘1234’，上太空后變成‘3214’，也就是說，空間誘變并沒有導入任何外源基因，僅僅是植物自身基因組序列發(fā)生了改變?！敝袊臻g技術(shù)研究院航天育種專家龐欣博士表示，航天誘變的果實與常規(guī)輻射誘變育種獲得的果實是一樣的。

況且，上過太空的種子返回地面后需要很多代的培育，轉(zhuǎn)化為果實之后還需要在鑒定之前提供成分分析報告，其中包括毒理、營養(yǎng)成分等檢測。這種安全性檢測很嚴格，最終通過審定的品種是安全可靠的，可以放心食用。

為什么一定要去太空做誘變育種？

有人會問，我們在地面上模擬太空環(huán)境進行這種誘變育種實驗，是不是會安全一點？

其實，在地面上雖然可以通過高能加速器模擬空間射線環(huán)境，卻難以模擬太空綜合環(huán)境對植物產(chǎn)生的效果。因為太空環(huán)境中并不只有輻射，“既有微重力，又有輻射、宇宙線，紫外線、弱地磁場等多種因素共同存在，其中最主要的是模擬不了失重”，引發(fā)種子發(fā)生遺傳變異的正是各種太空綜合條件。

太空中的高能粒子輻射可以引起DNA雙鏈斷裂，既可能造成細胞凋亡，也可能引起細胞染色體變異，而空間誘變育種就是希望雙鏈斷裂以后引起細胞染色體變異。

20余年來，我國利用高空科學氣球、返回式衛(wèi)星及“神舟”系列飛船等搭載方式完成了300多項空間搭載試驗，獲得了大量有益變異體，選育出了一大批綜合性狀良好，同時具有市場競爭力的農(nóng)作物新品種。例如：“航豐1號”棉花平均畝產(chǎn)皮棉180千克，比常規(guī)棉花多出70千克；“航椒1號”辣椒維生素C含量為234毫克，比一般辣椒高出近兩倍；“太空5號”小麥口感好，產(chǎn)量超過傳統(tǒng)品種10%以上；“太空萬壽菊”花期長達9個月等等，這些都是航天育種技術(shù)的成果。

先進的航天技術(shù)為快速培育優(yōu)良品種及特異種質(zhì)資源開辟了一條新途徑，為人類進入太空農(nóng)業(yè)時代展示了美好前景。因此，空間誘變育種的研究不但在育種上和應用上具有重要意義，而且在探索空間條件對生物體影響機理等方面也具有重要的理論意義，同時為人類開拓空間資源創(chuàng)造了條件，具有十分廣闊的發(fā)展前景。

（本文摘編自“科學大院”微信公眾號）