太空種子

1987年我國用航天器搭載植物種子進入太空，用太空歸來的種子種出的蔬菜，個頭又大產量又高，也很好吃。有些蔬菜的個頭大得驚人。還在開花結果的季節，一個茄子就長到了足球那么大，周長超過半米，重量將近2千克(圖1)。

(1)沒有見過如此碩大的茄子

豇豆的長度遠遠超過市場上賣的，一根太空豇豆會有多長呢？它的長度達到了90厘米。

我們在市場買的菜葫蘆一般只有20厘米左右長，而太空種子生長出來的長130厘米。

一般一棵芝麻分蘗后長出1個～2個枝條，不會超過3個。可太空旅行使它一顆長出8個分支，產量幾乎翻了一倍。辣椒和西紅柿的變化更讓人難以置信（圖2）。

(2)太空種子的芝麻一株分出8個枝條

有一種西紅柿種子乘著和平號空間站，在太空遨游了五六年，返回地面后，它的番茄紅素含量大大提高了，番茄紅素是番茄里重要的營養成分，有抗癌作用。吃一個這樣的西紅柿，相當于普通的三個。經檢測，太空辣椒的VC含量比一般的辣椒高出了70％多；而番茄紅素和類胡蘿卜素的含量都超出了2倍～3倍，這個結果確實是太誘人了。

為什么普通的種子到太空遨游一番會產生如此大的變化呢？我們知道，因為太空中的宇宙射線，會誘導種子發生變異，這是一種傳統的說法。但隨著人類對太空育種認識的不斷深入，會有什么更全面更深刻的解釋呢？

劉錄祥（中國農業科學院太空搭載實驗專家）:應該說空間環境跟我們地球生存的環境是完全不一樣的，從空間環境的主要因素去分解，無非就是空間環境的宇宙粒子的輻射，也就是高能重粒子輻射，還有微重力的作用，還有一些弱地磁的效應。

神秘的太空，充滿了未知的東西。那些植物種子脫離了地球大氣層的保護，離開了地心引力和磁場，跟隨衛星、飛船來到太空，宇宙粒子的輻射以及失重、真空、磁場改變等等因素，到底是其中那一項改變了它們，又是怎樣改變的呢？為了尋找答案，我國曾經專門發射了一顆叫作“實踐八號”的太空育種專用衛星（圖３）。

(3)太空環境的多種因素引起種子基因變化

劉錄祥:通過這樣一個專用衛星，能夠在機理問題上，在科學問題上作出比較切合實際的探索。

實踐8號衛星回到地面后，劉老師和學生們仔細在那些探索裝置上尋找來自宇宙空間的無形力量，用排列好的小麥種子來查看宇宙粒子沖擊情況。沒有地球大氣層保護的太空中存在著宇宙射線，那些超高能射線粒子是讓種子改變的最大“嫌疑者”，劉老師在小麥種子上看到了它們的影子。

劉錄祥:我們首先關注的是種子能不能被宇宙粒子擊中，擊中的種子它就有可能有更多的機會產生染色體的畸變。我們可以明顯看出來一些染色體受到了影響（圖４）。

(4)粒子擊中種子的痕跡

宇宙粒子的沖擊使種子的染色體鏈斷裂，所以它們再次種植后就產生了變化，這個結論符合人們的推測。但是除此之外，在這次研究中人們又有了新的發現（圖5）。

(5)粒子擊中的結果

劉錄祥:還有60%的種子沒有被宇宙粒子擊中，我們同樣進行了細胞學的染色體變化頻率觀察，同樣發現了比地面對照很高的變異頻率。這就說明了失重對染色體的畸變頻率貢獻也是很大的。

沒有被擊中的那些種子也有了改變，這讓人們知道，對種子起作用的不僅是宇宙粒子，失重以及其他因素的作用也不能忽視。

劉錄祥:應該是這些因素共同作用的。但是我們還要進一步了解，這些因素中哪一種是主要的，或者說哪幾種因素是主要的，這些因素怎么作用使它的基因發生變異的，我們正在進行這方面的工作。

科學工作者對太空作用機理的研究剛剛開始，人們還只是在一步步逼近真相的路途中，現在就想得出完整結論還為時過早。不過那些已知的解釋又讓我們產生了一個新的問題：既然出現變異是因為基因被破壞，為什么種子受到了傷害果實反而變得更大更好了呢？

劉錄祥:因為果實變大了，給人一個非常直觀的印象，人們就記住了這個特性。就聯想到航天育種，實際上這是一個誤解。

我們確實看到了那么多碩大的果實，為什么被說成是誤解呢？ 難道這里邊還有什么我們不知道的事情，誤解又在哪里呢？

這些種子在神秘的外太空旅行了一圈之后，就產生了某些奇異的變化，部分種子種下去，結出來的果實又大味道又好，營養元素還特別豐富。讓我們覺得是不是應該把所有的農作物種子都帶到太空上去，都經過這么一個輪回之后，讓它產生一個天翻地覆的變化。但是專家說，這其實是不了解這個行業的人，提出來的一些很不專業的問題。因為我們看到的只是一個最終的結果，而這個結果并不代表他們進行試驗的全部過程。你要想真正地了解是不是所有的種子送到太空當中去，都會變得又大又好，必須要親自考察一下有關品種的培育過程。只有詳細地了解了全部過程之后，我們才能對這個問題，有比較全面的客觀的認識。

?在福建的北部山區，收獲的季節到了，稻田里一片金黃的顏色。很多農作物方面的專家集聚這里，考察航天水稻大面積種植的成果。如果不是田間牌子標注著這些水稻的航天經歷，看上去它們沒有什么特殊之處。是不是太空作物在這里就長不大也不高產了呢？

萬建民（中國農業科學院作物科學研究所所長）:這個品種是一個非常好的品種，畝產可能達到800千克。

根據水稻的長勢，專家估計畝產可能會達到800千克，應該是很不錯的收成了。這里的水稻是種在農民的梯田里的，能否達到這樣的產量，那還要看最后測出的結果。驗收組在好、中、差三種稻田里各選了幾塊，丈量面積后開始收割測產，人們期待著，太空水稻的畝產到底會有多高呢？

測產結果畝產830千克，這個數字看來已經讓驗收者十分滿意了。不過這并不是它的最大亮點，這種太空水稻還有一個秘密隱藏在稻茬里（圖6）。

（6）看，收割后的水稻長出二茬秧

萬建民:這個品種的再生能力比較強。所謂的再生能力，就是第一茬比如說畝產800千克，再生作物還有第二茬。有些品種每畝收100千克～200千克，這個能夠收400千克～500千克，它的再生能力比較強。

原來這是一種再生水稻，第一茬水稻收割后，藏在根部的芽就冒出來了。兩個月之后，這塊地里還能再收獲400千克～500千克水稻，總產量就能達到1200千克～1300千克。這樣的產量，比我們之前看到的農作物更有突破，那么誤解又在哪里呢？為提高水稻的抗倒伏性，一直在改良水稻品種的矮化。太空水稻的苗高、穗長，高產之中，會不會存在植株倒伏的隱患呢？

現場部分稻農不無擔憂地說，怎么講呢，好像高了很多。我們種這個再生稻，就是怕臺風刮來，稻子一倒伏，損失就大了。

黃庭旭（福建省農業科學院水稻研究所副所長）:株高提高以后，它的生物產量就提高了，但是它的節莖不是平均分配的。或者說按一定比例分配的，而是讓它下部分盡量短，有節的地方抗倒性強。如果能夠把上面的節拉長，就是上面兩節長，下面基部短，那整個株高還是差不多高，生物產量還能夠達到，但是它抗倒能力也許能夠提高（圖7）。

（7）易倒伏（左）與抗倒伏（右）水稻莖節的差異

原來高桿太空水稻抗倒伏的策略在于各節長度的變化：根部的節變得短而粗，頭部的節變得細而長，提升了株高又不容易彎折。是一次太空旅行，使水稻完成了這種布局的改變嗎？太空環境的傷害為什么反而產生了這樣有益的變化呢？在那片驗收田里，我們見到了這個品種的培育者中科院院士謝華安，他告訴我們，剛從太空回來時的水稻并不是都是眼前這樣。

謝華安:開始頭幾代時，它有高高低低，遲遲早早，在這里面我們去選，從一株一株當中去剝，剝了以后再看哪個單株比較好，好的要單株收起來，下一代去種。

在謝老培育太空水稻種苗的基地，從太空回來的種子就是在這里逐步變成今天的樣子。經過一代代不斷地選苗、授粉，太空水稻才變得又高大又強韌。而它們剛從太空回來時，有些沒有再發芽，而有些甚至出現了千奇百怪的變化（圖8）。

（8）千挑萬選確辛苦 育出良種始得金

謝華安:一般的稻子沒有芒，但這個稻子有芒，有這些尖尖的東西。這是返祖的表現，這樣呢，野豬就不吃它了。

從太空回來的種子種在地里，大部分變化可能是對人類沒有意義的變化。但是科學家就是從這些看似無用的變化中，尋找對人類有益的因素。通過一代代雜交，最終培育出那些優良品種。比如試驗田里出現了一些稻桿矮粗的變種，雖然它們并不能結出稻穗，但是在它們身上也有利用價值。

所有太空作物都和這些水稻的選育過程是一樣的，從太空回來之后，都要經過精心的挑選和培育之后，才能得到優良的成果（圖9）。

（9）我們期待更多的成果

我們在太空育種和在地面尋找某些變異的單株的植物株系進行雜交，目的都是一個，就是為了改變植物本身的一些遺傳特點，再通過這些遺傳優勢來培育優良品種。只不過我們在地面，利用物理化學等等諸多方法，讓植物種子加快它的變異。變異本身對種子的傷害比較大，而且選育時間比較長，一般得七八代以后，才能讓它的性狀穩定下來。而太空育種這種變異的改變，能夠在三四代的時間就完全固定下來。時間要精簡一些，太空育種和地面育種，最終目的都是改變作物的口感、味道，或者改善品種的營養元素，和提高作物的產量。