上天入地,太空種子如何變身?

本刊綜合

茄子像南瓜，南瓜磨盤大，豆角幾尺長，甜椒大如梨……

這些不是轉基因蔬菜，而是通過航天育種得到的新品種。航天育種，又稱太空育種，說到太空育種，很多人都覺得很遙遠，對太空育種的認識也僅僅停留在把種子帶上天再帶回來，這樣一來作物就能豐產，果實就能變大。其實不然，種子“太空旅行”只是第一步，種子們“既要上天，也要入地”，需要歷經層層考核和選拔才能順利過關。

2021年12月9日 15：40，天宮課堂開講。“太空出差三人組”翟志剛、王亞平、葉光富在空間站授課。他們授課的項目中，“太空細胞學研究實驗展示”引起了網友們的大猜想。有網友說，“植物由細胞構成，要是研究實驗成功，航天員們是不是可以在空間站種蔬菜自力更生了。”

事實上，此前 “神舟”系列飛船曾多次搭載各類種質資源上天，進行太空育種。此次神舟十三號飛船在前往中國空間站的時候，也帶了不少種子一同上天。那么，太空育種容易嗎？種子在太空中會發生怎樣的變化？我國又有著怎樣的太空育種歷史呢？

太空“出差”，育種是任務之一

神舟十三號航天員乘組“出差”太空，要進行類型多樣的科學研究和實驗，其中有一項就是太空育種。

太空育種一直是航天任務之一，神舟系列飛船曾多次攜帶著各類植物種子一起上天。這次的神舟十三號也不例外，與三名航天員一起飛往中國空間站的還有陜西的雞腰白豆子、子洲黃芪、樟子松，甘肅的天水元帥系蘋果、四川的“川恢 970”水稻，黑龍江的甜瓜、白菜、板藍根等種類，糧食、蔬菜、瓜果、花卉、樹木、藥草等都有涉及。

這些種子抵達了空間站，也就進入了微重力、超潔凈、高真空的環境，而且會受到宇宙高能離子輻射、宇宙磁場等因素影響。“太空中的輻射比較復雜，有很多人類暫時無法制造出的宇宙射線，對植物細胞中的基因會有誘變作用。”據江蘇省農業科學院糧食作物研究所研究員呂川根博士介紹，太空育種與在地面上進行的輻射育種原理相似，只不過利用太空特殊的環境進行育種，可以更快、更多地讓染色體發生基因突變，使得這些種子回到地面后，有更高的幾率發現有利變異，也可能會獲得在重力環境下誘變育種難以得到的有用性狀。

像開盲盒，上過天不一定全是驚喜

種子們“既要上天，也要入地”，需要歷經層層考核與選拔，也并不是所有的種子都能夠有機會“遨游太空”，只有果實飽滿、活力好且遺傳穩定性高的種子才能獲得進入太空的入場券。

而在太空飛行過程中，只有被宇宙射線擊中且發生基因改變的種子返回地面后才能夠進入下一輪考核。然而在浩瀚的太空中，并非每一粒種子都能被宇宙射線擊中，也不是所有被擊中的種子都能發生基因變異。因此，太空育種的工作充滿了未知，可以說是挑戰與驚喜并存。

經過太空輻射后的種子，能直接使用的非常少。只有符合育種目標且可以遺傳的性狀，才是有用的變異。而且，這些種子長期適應了地球環境，在太空中受到宇宙輻射之后，會一定程度上殺傷細胞，甚至是破壞染色體。細胞受損還可以通過營養吸附進行修復，但染色體受傷了就很難修復，因此，只有很少一部分種子能進行選育。

由于基因突變存在不確定性，常常會出現正向突變和負向突變同時存在的情況，這時候就需要通過雜交轉育的手段，將優異的性狀進行轉移，再通過培育形成新品種。

那么，哪些基因突變比較常見呢？從遺傳學角度來說，單基因控制的性狀發生變異較為常見，比如株高、生育期、果形等，就像我們常見的太空辣椒、太空南瓜，長得要比通常的品種大得多。而產量、品質這樣的性狀是綜合因素造成的，是由多基因控制的系統，要想全部發生正向突變，概率非常低。

太空育種，探索從未停歇

太空育種早有發展。從20世紀70年代開始，就有相關科學家利用太空飛船把各種農作物種子帶入外太空。

而在21世紀初，美國威斯康星大學空間實驗室開始進行太空育種實驗。他們第一個選擇的是很浪漫的玫瑰，希望把玫瑰帶上天，能夠獲得玫瑰油含量變高的玫瑰變異種，同時也帶了經濟作物大豆，目的是希望讓大豆增加產量。

而俄羅斯把做圣誕樹用的松樹帶上了外太空，實驗結果證明，從外太空帶回來的圣誕樹變得非常高大。

可以看得出，太空環境讓農作物內部產生結構和染色體的變化，從而選擇培育出綜合性更加優質突出的農作物新品種。

我國自1987年首次開展水稻等農作物種子太空育種，至今已有35年。那時全國共有23個省市70多家單位共同參與太空育種，利用了返回式衛星先后裝載了70多種植物，進行了十多次育種實驗。

那么關于我國，太空育種又發展到了什么程度呢？

在我國太空育種實驗中，曾成功培育出航育1號水稻，這種水稻比普通的水稻生長周期短，產量又增大了5%～10%。而后來培育出的“華航一號”水稻成為我國首個通過國家農作物品種審定的“太空新品種”，目前該品種再繁育、具備豐產、抗稻瘟病、矮稈等種質的新水稻品種已達42個;高產小麥新品種“魯原502”累計推廣面積超1億畝，成為我國三大主推小麥品種之一;“II優航1號”成為全國首個百畝畝產突破900公斤的“超級稻”;神舟三號搭載的牧草苜蓿育成的新品種高產多葉、蛋白含量高，填補了我國優質牧草品種的空白……

35年來，我國已經先后30余次利用返回式衛星、神舟飛船等航天器開展航天育種，培育出了700余種航天品種作物，其中包括糧食、蔬菜、水果、花卉、林木、中草藥、微生物新菌種等等。據官方數據顯示，我國太空育種作物種植總面積超過240萬公頃，生產了130多萬噸食品。

可以說，在太空育種的路上，我們從未停歇。不管是空間誘變機理的研究，還是航天育種的育成品種和推廣應用，都一直處于世界領先水平。