□ 吳琳

你應(yīng)該知道的航天育種

□ 吳琳

今年是我國(guó)開(kāi)展航天育種實(shí)驗(yàn)30周年。1987年8月5日，我國(guó)成功發(fā)射了第九顆返回式衛(wèi)星，與眾不同的是，這顆衛(wèi)星除完成既定的科研任務(wù)外，還破例搭載了辣椒、小麥、水稻等作物種子。正是這顆衛(wèi)星開(kāi)啟了我國(guó)航天育種的大幕。

▲ 用于太空細(xì)胞試驗(yàn)的植物

太空就像一個(gè)綜合加工廠

隨著航天科技的迅猛發(fā)展，人類(lèi)探索太空已經(jīng)不再是夢(mèng)想，科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)太空具有很多地面不具備的特點(diǎn)，而這些特點(diǎn)讓種子能發(fā)生神奇的變化。

太空就像一個(gè)超級(jí)實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)實(shí)驗(yàn)室有三大最顯著特點(diǎn)，一是微重力，不論是航天員還是被搭載的種子，甚至航天器本身，在太空中做繞地高速飛行時(shí)，都處于“失重”的狀態(tài)；二是弱地磁，如果把地球比作一個(gè)巨大的磁鐵，而宇宙飛船在距離地面數(shù)百千米的太空中，與地球的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，距離達(dá)到一定程度時(shí)，地球?qū)︼w船的吸力就完全不能發(fā)揮作用了；三是強(qiáng)輻射，宇宙中到處都有射線(xiàn)，就連太陽(yáng)也不停地向外發(fā)射著各種高能射線(xiàn)，太空中的射線(xiàn)就像是子彈，可以針對(duì)每一粒種子、每一個(gè)細(xì)胞、每一段基因甚至每一個(gè)分子進(jìn)行精確打擊。

種子們?cè)谶@種環(huán)境下能夠存活嗎？研究表明種子的生命力很頑強(qiáng)。多數(shù)種子雖然在自然狀態(tài)下離不開(kāi)空氣，保持著“輕微呼吸”的狀態(tài)，但它們也可以被長(zhǎng)期隔絕，甚至在完全無(wú)氧、無(wú)水的狀態(tài)下，以休眠狀態(tài)維持生命。

除了微重力、弱地磁和強(qiáng)輻射外，太空還具備高真空、超低溫和極潔凈的特點(diǎn)。兼顧這些特點(diǎn)，太空就像一個(gè)綜合加工廠，可以讓種子細(xì)胞和基因短時(shí)間內(nèi)發(fā)生變異。這也就意味著，與地面?zhèn)鹘y(tǒng)育種技術(shù)相比，太空環(huán)境的經(jīng)歷會(huì)讓空間誘變材料的變異率提高，育種周期縮短。由此，育種專(zhuān)家想到了航天育種——把種子送上太空來(lái)“選育良種”的方法。

航天育種的由來(lái)

航天育種是隨著返回式衛(wèi)星技術(shù)的成功而實(shí)現(xiàn)的。美國(guó)自1966年發(fā)射第一顆專(zhuān)用生物衛(wèi)星開(kāi)始，就在上面搭載有植物和植物種子了。后來(lái)，又利用其他系列飛船、航天飛機(jī)等航天器搭載了燕麥、小麥、扁豆、松樹(shù)等植物的種子、幼苗，進(jìn)行研究實(shí)驗(yàn)。

蘇聯(lián)自1970年發(fā)射升空宇宙368號(hào)生物衛(wèi)星起，也開(kāi)始搭載各種物質(zhì)和植物種子，甚至連煙草種子都送到太空去研究了一下。由蘇聯(lián)1976年2月17日開(kāi)始建造，于2001年3月23日壽命終結(jié)、墜毀于南太平洋的“和平號(hào)”空間站，在其歷時(shí)15年的太空繞地飛行過(guò)程中，進(jìn)行了大量的空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，而且動(dòng)植物種類(lèi)也不少。

值得一提的是，航天員們竟然在“和平號(hào)”空間站上建立了一間名為“拉達(dá)”、面積為900平方厘米的小型溫室，雖然面積不大，但依然種植了100多種植物，完成了播種、發(fā)芽、生長(zhǎng)、開(kāi)花、結(jié)果的全過(guò)程，而且還如愿以?xún)數(shù)厥斋@了糧食作物的代表——小麥，還有經(jīng)濟(jì)作物的代表——油菜。

1987年8月5日，我國(guó)第九顆返回式衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星上搭載了多種農(nóng)作物種子，我國(guó)航天育種大幕正式拉開(kāi)。

之后我國(guó)又利用返回式衛(wèi)星、飛船等進(jìn)行了數(shù)十次航天育種試驗(yàn)，取得了很多可喜的基因遺傳變異。需要說(shuō)明的是，到目前為止，除中國(guó)外，世界上只有美國(guó)與俄羅斯掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)。但與我國(guó)不同，美、俄兩國(guó)把這項(xiàng)技術(shù)重點(diǎn)用在了為載人航天服務(wù)，探測(cè)空間環(huán)境的安全性，解決人類(lèi)在太空環(huán)境中的食物供應(yīng)、氧氣來(lái)源及生存環(huán)境安全等方面。美國(guó)的農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)，現(xiàn)有的糧食產(chǎn)量足以滿(mǎn)足其需求，我國(guó)搞航天育種則更為現(xiàn)實(shí)，更符合國(guó)情，也更有利于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)。

從搭“順風(fēng)車(chē)”到坐“專(zhuān)車(chē)”

最初，育種專(zhuān)家只是等待有航天發(fā)射任務(wù)時(shí)將種子搭“順風(fēng)車(chē)”送上太空。到2006年9月，我國(guó)有了第一顆專(zhuān)門(mén)用于航天育種的衛(wèi)星——實(shí)踐八號(hào)育種衛(wèi)星。衛(wèi)星上裝載了糧、棉、油、蔬菜、林果、花卉等9大類(lèi)共2000余份、約215公斤的農(nóng)作物種子和菌種，在太空順利運(yùn)行15天后，成功返回地面。這次的搭載種類(lèi)和數(shù)量，在當(dāng)時(shí)來(lái)看是我國(guó)自1987年首次實(shí)現(xiàn)“種子太空之旅”之后規(guī)模最大的一次。由此，航天育種也正式有了火箭“專(zhuān)車(chē)”。

▲ 科研人員將種子放入衛(wèi)星

▲ 工作人員從神舟十一號(hào)飛船返回艙中取出搭載物品。宿東 攝

航天育種實(shí)現(xiàn)“專(zhuān)車(chē)”運(yùn)輸并不容易，在當(dāng)時(shí)國(guó)力條件有限的情況下，實(shí)踐八號(hào)育種衛(wèi)星從立項(xiàng)到最終飛天也經(jīng)歷了十年的坎坷。其實(shí)早在1996年，原航天工業(yè)總公司就聯(lián)合農(nóng)業(yè)部積極推進(jìn)航天育種項(xiàng)目，但直到2001年10月才通過(guò)了原國(guó)家計(jì)委委托的中國(guó)國(guó)際工程咨詢(xún)公司的評(píng)估。2003年4月22日，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了國(guó)家發(fā)改委、財(cái)政部、國(guó)防科工委《關(guān)于審批航天育種工程項(xiàng)目可行性報(bào)告的請(qǐng)示》。之后，中國(guó)航天科技集團(tuán)公司、中國(guó)農(nóng)科院、農(nóng)業(yè)部共同組織協(xié)調(diào)，確定了航天育種工程實(shí)施的總體方案。

據(jù)時(shí)任實(shí)踐八號(hào)育種衛(wèi)星的總指揮、總設(shè)計(jì)師唐伯昶介紹，從130個(gè)單位收集上來(lái)的208公斤種子和其他農(nóng)作物樣品，凝聚著廣大科研工作者的心血，必須格外小心。他回憶當(dāng)年的情景，農(nóng)科院幾個(gè)碩士生先給這些種子包上一層防水布，再裹上白棉布。這些工作花費(fèi)了一周的時(shí)間。由于衛(wèi)星本身有其自身的重心平衡，種子不能散亂地放在回收艙里，為此，航天技術(shù)人員專(zhuān)門(mén)量身定做了一種放置種子的架子，里面又分成許多小格，再經(jīng)過(guò)多次試裝和振動(dòng)試驗(yàn)，最終確定了2000多份種子各自的位置。同時(shí)，在衛(wèi)星內(nèi)還裝有多種儀器，對(duì)在軌飛行時(shí)種子的環(huán)境溫度、宇宙粒子、微重力等數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和記錄，以便之后進(jìn)行科學(xué)研究。由于最后一批鮮活樣品必須在發(fā)射前一兩天才裝星，衛(wèi)星系統(tǒng)安裝的流程中還特意為它們安排了打開(kāi)回收艙頭蓋的操作，裝進(jìn)這些特殊“乘客”。這些大量細(xì)致的工作都是為了獲得航天育種工程的最佳效果。

去年11月18日，神舟十一號(hào)載人飛船航天員景海鵬、陳冬順利返回，其中跟隨他們遨游太空并返回的就包括云南、寧夏、陜西等地的特色農(nóng)作物和藥材種子、種苗。在這次飛行任務(wù)中，航天員還進(jìn)行了生菜栽培試驗(yàn)，這也是我國(guó)首次在太空人工栽培蔬菜，為未來(lái)將要建成的空間站植物工場(chǎng)奠定了基礎(chǔ)。

從1987年至今，我國(guó)航天育種已經(jīng)走過(guò)了30年的發(fā)展歷程，試驗(yàn)品種繁多，包括植物干種子、組織、菌類(lèi)、昆蟲(chóng)、動(dòng)物等。目前已培育出許多高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強(qiáng)的優(yōu)良品種，這些品種經(jīng)過(guò)育種專(zhuān)家的辛苦培育和層層檢測(cè)后，很多已經(jīng)端上了老百姓的餐桌。

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