文 梁 南 王凌碩

俗話說(shuō)，民以食為天，糧以種為先。中國(guó)自古以來(lái)就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó)。對(duì)于普通農(nóng)民來(lái)說(shuō)，種子是一年收成的指望；而對(duì)于國(guó)家來(lái)說(shuō)，種子更是國(guó)家糧食安全的關(guān)鍵。

2023年3月23日，中國(guó)載人航天工程辦公室發(fā)布公告，征集神舟系列載人飛船搭載航天育種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。航天育種是一種結(jié)合航天科技、宇宙輻射和植物遺傳等學(xué)科的新型育種技術(shù)，利用太空極端環(huán)境誘使種子發(fā)生基因變異，從而在較短時(shí)間內(nèi)培育出綜合性狀優(yōu)良的新品種。

千百年來(lái)，人類仰望星空心馳神往，埋首大地?fù)穹N得粟。如今，航天領(lǐng)域的迅猛發(fā)展讓高深奇妙的宇宙與“地氣”十足的育種相遇，航天育種將會(huì)給世界農(nóng)業(yè)和日常餐桌帶來(lái)怎樣的變化？

來(lái)自太空的饋贈(zèng)——

一顆良種，就是一把豐收的“金鑰匙”。

人類為什么要上太空？這個(gè)問(wèn)題，曾經(jīng)在幾代人心中徘徊。

20世紀(jì)中葉，美蘇兩國(guó)展開(kāi)激烈的太空爭(zhēng)霸。衛(wèi)星接連升空，人類的足跡已經(jīng)擴(kuò)展到月球。據(jù)悉，阿波羅登月計(jì)劃耗資255億美元，動(dòng)用人員超過(guò)30萬(wàn)。如此龐大的投入，在今天看來(lái)仍然令人驚嘆。

1970年，遠(yuǎn)在非洲贊比亞的一名修女瑪麗·尤肯達(dá)給航天專家寫(xiě)了一封信。信中，她質(zhì)問(wèn)為何花費(fèi)數(shù)十億美元用于太空探索，而不顧世界上還有許多兒童在忍受饑餓。

航天專家在回信中寫(xiě)到，太空項(xiàng)目是科技進(jìn)步的催化劑，讓科學(xué)界源源不斷出現(xiàn)令人激動(dòng)不已的研究課題。他相信，太空項(xiàng)目將會(huì)為緩解甚至最終解決地球上的貧窮和饑餓問(wèn)題作出貢獻(xiàn)。

一顆良種，就是一把豐收的“金鑰匙”。當(dāng)?shù)厍蛏系霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)無(wú)法滿足需要的時(shí)候，人們將目光投向了太空。太空不可復(fù)制的特殊環(huán)境，為創(chuàng)新特異種質(zhì)資源和快速培育優(yōu)良品種開(kāi)辟了一條新途徑。

利用太空微重加重離子、多種宇宙射線、大交變磁場(chǎng)和短期過(guò)載等因素，能夠獲得常規(guī)育種難以得到且更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的基因變異。相比二十萬(wàn)分之一的自然變異率，航天育種的變異率可達(dá)4%以上。同時(shí)，航天育種具有變異幅度大、突變位點(diǎn)多，變異穩(wěn)定性、變異遺傳性好等特點(diǎn)。航天育種可以大幅提高種子的突變頻率，創(chuàng)制兼具多種有益性狀的新種質(zhì)，廣泛應(yīng)用于選擇育種、雜交優(yōu)勢(shì)育種和分子育種等多種育種實(shí)踐中，在較短時(shí)間內(nèi)培育出突破性的優(yōu)良品種。

眾多轉(zhuǎn)化應(yīng)用的航天技術(shù)之中，航天育種憑借著不可替代的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，成為世界各國(guó)爭(zhēng)相布局的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

1966年至1989年，美國(guó)和蘇聯(lián)先后發(fā)射近20顆生物系列衛(wèi)星，用于測(cè)試植物、真菌和昆蟲(chóng)在太空中的變異效應(yīng)。1984年，美國(guó)將西紅柿種子送上太空，歷時(shí)6年進(jìn)行太空育種。進(jìn)入21世紀(jì)，美國(guó)、日本和歐洲的研究重點(diǎn)是建立“太空農(nóng)場(chǎng)”，為載人航天飛行提供氧氣及食物供給。

來(lái)自航天育種的蔬菜

1987年，我國(guó)第九顆返回式科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星成功將第一批農(nóng)作物種子送入太空，標(biāo)志著我國(guó)成為繼美國(guó)、蘇聯(lián)之后世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)航天育種的國(guó)家。1992年我國(guó)載人航天工程實(shí)施以來(lái)，每一次飛行任務(wù)都開(kāi)展了航天育種搭載實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。2006年升空的“實(shí)踐八號(hào)”育種衛(wèi)星搭載了糧食、蔬菜、林果、花卉等9類2000余份共215千克農(nóng)作物種子，是名副其實(shí)的種子“太空專列”，堪稱航天育種的里程碑式事件。

太空之路走到今天，人類得以窺見(jiàn)宇宙無(wú)比瑰麗的景象，新技術(shù)新方法不斷涌現(xiàn)。航天產(chǎn)業(yè)強(qiáng)牽引、廣輻射、高投入、高效益的特點(diǎn)，正在成為全球共識(shí)。人們相信，航天育種將會(huì)催生一場(chǎng)新的農(nóng)業(yè)革命，成為解決地球糧食危機(jī)的重要途徑。

逐夢(mèng)天宮新征程——

空間站時(shí)代，按下航天育種“快進(jìn)鍵”。

2022年年底，在無(wú)數(shù)國(guó)人期盼的目光中，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙順利進(jìn)入預(yù)定軌道，與天和核心艙、問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙形成“T”字基本構(gòu)型組合體，中國(guó)空間站迎來(lái)了全面建成的歷史時(shí)刻。

對(duì)于航天工程來(lái)說(shuō)，每一點(diǎn)載荷量都彌足珍貴。此前，由于航天工程絕大部分情況下都有首要飛行任務(wù)，航天育種都是利用載荷余量以不定期“搭車”的形式開(kāi)展研究。在滿足基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)量的前提下，搭載種子的品類、數(shù)量有限，遺傳性、綜合性狀等條件需要經(jīng)過(guò)重重篩選。因此，也有人將航天育種比作是“優(yōu)等生到超前班進(jìn)修”。2022年5月19日，中國(guó)載人航天工程辦公室公布的“神舟十二號(hào)”和“神舟十三號(hào)”載人飛船航天育種實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目清單，只有88家單位的作物種子、微生物菌種等種質(zhì)材料得到“飛天船票”。

中國(guó)空間站的全面建成，為我國(guó)航天育種的科技研究提供了新空間。如今，神舟系列載人飛船將以平均每年2艘的頻率實(shí)施發(fā)射，具備了持續(xù)開(kāi)展航天育種搭載實(shí)驗(yàn)的能力。

2022年，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙裝載的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜完成了太空環(huán)境下水稻和擬南芥的全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，這也是國(guó)際上首次在軌獲得水稻種子。不僅如此，我國(guó)還首次成功嘗試空間再生稻技術(shù)，在水稻剪株后利用稻樁上存活的休眠芽，精心培育僅20天就再生出2個(gè)稻穗，并最終收獲了再生稻的種子，開(kāi)辟出高產(chǎn)太空稻的技術(shù)路線。

據(jù)了解，60余年來(lái)，國(guó)外科學(xué)家對(duì)太空環(huán)境植物的種植和栽培進(jìn)行了大量研究，然而只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥“從種子到種子”的培養(yǎng)?？梢钥隙ǖ氖牵覈?guó)空間站時(shí)代的到來(lái)，將為航天育種研究提供更多資源保障，為人類長(zhǎng)期太空生活貢獻(xiàn)力量。

2022年11月30日，“神舟十五號(hào)”“神舟十四號(hào)”乘組在中國(guó)人自己的“太空家園”勝利會(huì)師之時(shí)，來(lái)自112家單位的1300余份作物種子、微生物菌種等航天育種材料正在接受宇宙射線的“洗禮”。在接受6個(gè)月的宇宙高能輻射、經(jīng)歷微重力環(huán)境等空間誘變實(shí)驗(yàn)后，這些種子有望產(chǎn)生新的罕見(jiàn)的基因突變，創(chuàng)制出具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新種質(zhì)，為我國(guó)種源自主可控、種業(yè)科技自立自強(qiáng)搶占新的高地。

飛向深空的航跡——

無(wú)限未來(lái)，一顆種子的“飛天之路”。

開(kāi)盲盒，是現(xiàn)代年輕人喜歡的一種消費(fèi)方式。因?yàn)闊o(wú)法確定盒子里的商品，使得開(kāi)盲盒的過(guò)程充滿了驚喜和刺激。而對(duì)于“育種家”們來(lái)說(shuō)，航天育種也猶如開(kāi)盲盒?；蛲蛔兊牟淮_定性，讓深入分析太空環(huán)境各類因子影響種子基因變異的機(jī)理成為“育種家”們的主要研究方向之一。在空間站技術(shù)應(yīng)用日趨成熟的未來(lái)，通過(guò)對(duì)不同誘變世代的基因進(jìn)行大量測(cè)序，對(duì)比分析不同因子對(duì)于變異的影響機(jī)理，將為航天育種新品種選育提供重要篩選依據(jù)。

近年來(lái)，隨著航天工程的穩(wěn)步推進(jìn)和現(xiàn)代科技的迅速發(fā)展，航天育種與生物技術(shù)、大數(shù)據(jù)融合應(yīng)用成為種質(zhì)資源創(chuàng)新的有效途徑。航天育種進(jìn)一步與全基因組選擇和人工智能等技術(shù)結(jié)合后，可以通過(guò)分子標(biāo)記輔助選擇技術(shù)，從分子層面分析群體表型特征和不同世代基因組特征，從而定向篩選目標(biāo)性狀，極大縮短育種年限，提高育種效率。我國(guó)華南農(nóng)業(yè)大學(xué)陳志強(qiáng)團(tuán)隊(duì)提出的空間誘變“多代混系連續(xù)選擇與定向跟蹤篩選技術(shù)”，鑒定出的突變種質(zhì)可直接培育成新品種或作為新種質(zhì)資源間接培育新品種，實(shí)現(xiàn)了同時(shí)從3條途徑培育新品種，顯著提高了水稻特異種質(zhì)選擇效率和育種效果。

太空探索永無(wú)止境。2022年6月12日，中國(guó)國(guó)家航天局正式對(duì)外公布，中國(guó)將在2025年前后實(shí)施近地小行星取樣返回和主帶彗星環(huán)繞探測(cè)任務(wù)和在2030年前后實(shí)施火星取樣返回任務(wù)，后續(xù)還將實(shí)施木星系環(huán)繞探測(cè)任務(wù)和行星際穿越探測(cè)任務(wù)。除探測(cè)火星外，中國(guó)還將在“十四五”時(shí)期陸續(xù)發(fā)射“嫦娥六號(hào)”和“嫦娥七號(hào)”探測(cè)器，實(shí)施月球極區(qū)環(huán)境與資源勘查、月球極區(qū)采樣返回等任務(wù)。

對(duì)于航天育種而言，月球、火星探測(cè)工程的實(shí)施，將為解決種子基因在近地空間輻射條件不全面等問(wèn)題提供有力科研手段和深空實(shí)驗(yàn)環(huán)境，進(jìn)一步提高優(yōu)良種質(zhì)的培育效率。同時(shí)，面向空間站及深空探測(cè)需求，航天育種將在空間生命支撐系統(tǒng)發(fā)展方面迎來(lái)新機(jī)遇。