趙 靚

中國農業(yè)博物館館藏“實踐八號”育種衛(wèi)星返回艙

2021年6月17日，神舟十二號載人飛船在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射，同時飛入太空的還有艙內搭載的植物種子。這些去太空“旅游”一圈的種子看似神秘，其實在它們返回地面后，會被科研人員接回實驗室，用于后續(xù)的育種工作，選擇培育創(chuàng)造新的優(yōu)良品種。

科研人員讓種子上太空“旅游”的工作，被稱作是空間誘變育種，也叫太空育種、航天育種。這種育種方式是將精心選擇過的植物材料搭載上太空，植物材料在空間輻射、微重力、超真空、交變磁場、飛行器的機械運動等多種誘變因子的綜合作用下，產生很多有益的遺傳變異，再經回到地面后的繁殖、栽培和測試，篩選新種質，培育新品種。大量的實踐研究證明，空間誘變技術可以充分利用太空的獨特條件，創(chuàng)造出地面難以模擬的環(huán)境，獲得普通育種方式難以得到且具有重要經濟價值的罕見突變，創(chuàng)造出新的種質資源。

與其他的育種方式相比，空間誘變育種具有很明顯的突出特點。第一，空間誘變育種的誘變效率非常高，可以產生很大的變異幅度，并且有益變異多，為后續(xù)的育種工作提供更大的選擇空間；第二，發(fā)生變異的性狀能夠很快地穩(wěn)定下來，一般經過四代的播種或無性繁殖后即可穩(wěn)定。但是空間誘變育種依舊具有不定向性，變異方向很難進行有效的預測和控制。

對于這樣一種“神秘”的育種方式，農作物的食品安全問題成為社會大眾更為關注的話題?？梢钥隙ǖ氖?，空間誘變育種是安全的。根據《中國國家生物安全框架》，只對現代生物技術即轉基因進行生物安全性的風險評估和風險管理，而現代生物技術不包括“化學和物理誘變技術”?？臻g誘變育種在太空中受到輻射的劑量甚至比物理誘變輻射的劑量還要少，僅相當于一名核輻射從業(yè)人員一年吸收的核輻射安全累計量的1/10，因此這種育種方式是非常安全的。另外，與轉基因相比，這種育種方式是誘導農作物自身發(fā)生變異，而轉基因是外源基因的導入，所以空間誘變育種不存在類似轉基因的生物安全問題。

空間誘變育種看似是一項“神秘”的技術，其實早在20世紀60年代初，蘇聯科學家便開始了對擬南芥進行全過程的太空搭載試驗，由此揭開了空間誘變育種的序幕。之后，美國、德國等也陸續(xù)開展了太空搭載植物的試驗，探索太空環(huán)境對植物生長產生的影響。20世紀80年代中期，美國的飛船搭載了番茄的種子飛上太空，成功育成了無毒并且可食用的番茄品種，這是空間誘變育種研究歷史上首例真正意義上的落地成果。1994年，俄羅斯開始與美國宇航局合作，在“和平號”空間站先后進行了多次太空試驗，成功地在空間站種植出小麥、白菜以及油菜等植物品種，取得了舉世矚目的進展。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，美、俄兩國已先后培育出百余種太空植物，其中包括蘿卜、甘藍、番茄 、萵苣、黃瓜、甜菜、馬鈴薯、洋蔥等蔬菜。

我國也是世界上最早開展空間誘變育種研究的國家之一，在研究技術和產業(yè)化成果等方面，無論是深度和廣度，均居世界領先水平。我國的空間生命科學試驗始于20世紀60年代，從1964年到1966年，我國先后發(fā)射了5枚生物探測火箭，對小白鼠、狗以及其他生物樣品進行試驗，為我國空間生物科學研究邁出了具有歷史意義的第一步。1987年8月5日，我國發(fā)射的第9顆返回式衛(wèi)星首次嘗試將小麥、辣椒、水稻等種子搭載升空。

近年來，我國航天事業(yè)和現代農業(yè)發(fā)展迅猛，為空間誘變育種的深入研究創(chuàng)造了有利條件，空間誘變育種技術逐漸卸下“神秘”的外衣。經過30多年的研究，我國空間誘變育種產業(yè)已經取得了非常豐碩的成果，先后搭載過水稻、玉米、小麥等糧食作物的種子，紅景天、鐵皮石斛、五味子等草藥的種子，紫花苜蓿、胡枝子、白三葉等牧草的種子，茄子、南瓜、辣椒等蔬菜的種子，串紅、紅蓮、牽牛等花卉的種子，紅豆杉等樹木的種子?？臻g誘變育種的研究成果也已經走進了千家萬戶，讓每個人都享受到了“神秘”太空帶給我們的“驚喜”果實。截至2018年，我國通過空間誘變育種培育的作物，累計推廣種植面積超過240萬公頃，增產糧食約13億公斤，創(chuàng)造直接經濟效益高達2000多億元。

空間誘變育種除了能讓我們品嘗到空間誘變育種所育成的食物，還能讓我們近距離地感受到空間誘變育種的“神秘”魅力的，是一件收藏于中國農業(yè)博物館的珍貴藏品——“實踐八號”育種衛(wèi)星返回艙。返回艙的最大直徑約1米，高約1.5米，底大頭小，形似羽毛球。返回艙的表面還有在返回地球時隔熱層被大氣層摩擦后灼燒的痕跡。

這顆衛(wèi)星于2006年9月9日下午3時，在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心被長征二號丙運載火箭成功送入預定軌道，返回艙內搭載了精心選擇的糧、棉、油、蔬菜、林果花卉等9大類約215公斤，共計2020份農作物種子和微生物等材料。2006年9月24日，在近地軌道上運行355小時、900多萬公里后，“實踐八號”育種衛(wèi)星返回艙準確落入四川遂寧預定回收區(qū)域。

返回艙回收后，攜帶上太空的試驗材料隨即被運抵北京進行審驗，之后交由農業(yè)專家進行地面育種研究。這些試驗材料產生了很多有益的遺傳變異，比如更加鮮艷的瓜葉菊、維生素C含量更高的太空黃瓜、產量更高的太空柿子椒等?！皩嵺`八號”育種衛(wèi)星是我國首顆專門用于空間誘變育種研究的返回式科學技術試驗衛(wèi)星，有效地帶動了我國空間誘變育種技術的新品種選育與示范工作。

先進的太空航天技術為快速培育優(yōu)良品種及特異種質資源開辟了一條新途徑，為人類進入太空農業(yè)時代展示了美好的前景。近年來，空間誘變育種技術已經從科研階段轉移到產業(yè)化階段，空間誘變育種成果逐漸成熟、經濟價值逐漸顯現、產業(yè)發(fā)展初具規(guī)模，新品種的選育、示范基地的建設、產業(yè)的融合推廣等方面均取得了顯著成效，有效地提高了農業(yè)生產力水平，增加了農民收入。在未來的育種工作中，空間誘變育種技術將持續(xù)在創(chuàng)新種質資源、培育優(yōu)良品種、保障糧食安全、促進農業(yè)現代化發(fā)展、提升我國在國際市場的競爭力等方面發(fā)揮巨大的作用。