植物种子上天转一圈就能“神奇变身”

伤我心太深

甘肃省天水市中国西部航天（太空）育种基地工作人员展示培育的新品种航茄118F1。 国新

在江苏省泰州市海陵现代农业科技示范园区，新采摘的巨型南瓜吸引了游人。南瓜直径近1米，高0.6米，重360斤。它是通过航天育种培育成的新品种，是泰州培育的最大的南瓜。据了解，该南瓜重量在全国特大南瓜中名列前茅，堪称“南瓜王”。国新

周日特别策划 在许多人的印象中，航天育种似乎是点石成金的“魔术”，种子搭乘卫星上太空转一圈便能“变”出各种优良品质，比如结出更大的果实，更美的花朵。
在近日举行的2011航天工程育种论坛上，神舟五号载人飞船总设计师、中国空间技术研究院技术顾问戚发轫院士建议，把航天工程育种纳入载人航天及空间站计划，利用中国空间搭载试验机会，为空间诱变机理和航天工程育种研究提供长期的科学试验平台。
航天育种真有如此神奇？我们应该如何看待用“太空种子”培育出的作物？
可缓解我国农作物优质种源贫乏
“航丰1号”棉花平均亩产皮棉180公斤，比常规棉花多出70公斤；“航椒1号”辣椒，维生素C含量为234毫克，比一般辣椒高出近两倍；“太空5号”小麦口感好，产量超过传统品种10%以上；“太空万寿菊”花期长达9个月……这些都是航天育种技术的“成果”。
“航天育种实际上是让选好的种子在空间进行基因诱变。”中国空间技术研究院航天育种专家庞欣博士解释说。
常规育种的步骤是先在田间选择遗传性稳定、综合性状好的种子，再使用杂交育种、物理及化学诱变等常规育种方法培育种子，之后还要在地面上进行不少于7—8代的种植，使其优良的变异形状能够稳定遗传；而航天育种则是将杂交育种和物理及化学诱变等常规育种方法改为太空辐射。
在“地面选种—太空诱变—地面培育”的航天育种过程中，地面研究工作是最繁重、最漫长的。“北方作物一般一年一代，海南的南繁中心实现了一年两代。”庞欣介绍说，经过“太空洗礼”的第一代种子是不稳定的，会出现两种情况，一是生理性变异，一是遗传性变异。前者能够直观看出长大了、长得壮了，但第二年种植又会恢复原样，而后者才是可遗传的，才是航天育种研究需要的种子。
此外，对空间诱变后的种子，科学家还需要采用基因组测序等先进的分子生物学技术，对已确定几代都能发生变异的种子材料进行深入分析，从中选出想要推广种植的变异类型。而最终通过国家或省级审定的才能称之为真正的“太空种子”。
1998年2月，我国首个航天诱变新品种“航宇1号”水稻在浙江农科院通过了省级评审审定。截至2010年，全国已有110个通过省级以上评准审定（认定）的农作物品种。“十一五”期间，有70多个通过省级审定或认定的新品种，累计应用4700多万亩，增产粮棉油15亿公斤，增加社会经济效益20多亿元。
专家表示，与其他育种方式相比，航天育种的最大优势是变异几率高、育种周期短。可在较短时间内，突破传统育种遗传资源不足、育种方法单一的瓶颈，被认为是缓解我国农作物优质种源贫乏的有效途径之一，将为我国未来农业生产提供更多、更好、更新的种子资源。
航天育种不一定果型大
目前，社会上对航天育种存在着一种误解，似乎种子一经太空搭载，就会出现大果型。对此，庞欣表示：“不要把航天育种技术神化，种子并不是一进行太空搭载就能变大、变好。”
航天育种诱变率一般为百分之几甚至千分之几，而其中有益的基因变异更是仅为千分之三左右。但为什么航天育种后果型大的几率比较高呢？
我国科学家的一项研究对这个问题做了初步解释。“初步研究发现，种子中有一个跟重力相关的基因，把它克隆出来以后再转进植物后，结果发现果实变大了，所以空间诱变很可能使种子的相关基因发生变化，但以后还要继续通过更多的证据来揭示原因。”一位航天育种专家透露。
此外，优育的品种也不是最大的就是最好的。目前由太空种子培育的“航麦3号”小麦抗寒耐冻性好，且抗倒伏能力强；“华航32号”水稻抗稻瘟病、白叶枯病；“航丰1号”棉花对旱、薄、盐碱地的适应能力强，并且具有抗枯萎病、黄萎病、抗棉铃虫等特性。目前从全国各地的航天育种试验结果来看，许多作物出现了抗盐碱、抗病等优良性状，但果型并没有大变化。
专家认为，航天育种不单是追求果型大、产量高，抗病、抗旱等其他优良性状也是育种学家追求的目标。
空间诱变与核辐射不沾边
经过多年精心培育，出自“太空种子”的农产品正在慢慢走进人们的生活。但由于对空间诱变技术不了解，特别是今年日本福岛核电站泄漏事故之后，人们不免谈“辐射”色变，从而担心这些产品的安全性。
庞欣解释，其实空间诱变与核辐射不沾边。
实际上，种子空间诱变属于种子常规培育中物理诱变的辐射诱变。辐射诱变是在地面用钴-60射线对种子进行照射，种子本身并不会沾染到放射性物质，生产的果实可以安全食用。与空间诱变具有“亲缘关系”的辐射诱变已有100年的历史，我们吃到的很多新品种都是辐射诱变育种的结果。
种子空间诱变是在微重力条件下，将太空中的宇宙射线、微重力、高真空、弱地磁场等高能粒子作为辐射源，通过诱变作用使植物产生各种基因变异，种子本身也不会沾染到放射性物质。而受核辐射污染的食品之所以不能食用，是因为其中含有放射性物质。
种子诱变后基因会发生变化，这种变化对食品安全到底有没有影响？“假如一个基因序列原来是‘1234’，上太空后变成‘3214’，也就是说，空间诱变并没有导入任何外源基因，仅仅是植物自身基因组序列发生了改变。”庞欣表示，航天诱变的果实与常规辐射诱变育种获得的果实是一样的。
专家强调，上过太空的种子返回地面后需要很多代的培育，转化为成果之后还需要在鉴定之前提供成分分析报告，其中包括毒理、营养成分等检测。这种安全性检测很严格，最终通过审定的品种是安全可靠的，可以放心食用。
但是专家表示，目前在超市上可见的“太空种子产品”在价位上跟普通食品没有太大差异，很难分辨，因为目前国家并未要求对其进行标注。希望食品法做出相应标识规定。

新闻背景分析

为什么要进行航天育种

本报记者 赵雪 朱丽

一般植物种子产生自然变异可能需要几十年甚至上百年，为了让植物快速按照人类需求生长只有两种方法：使用高成本改变自然环境，或使用低成本改良种子。航天育种的原理，是用返回式卫星或太空飞船搭载种子到高度500公里以下的近地空间辐射带区域，利用太空环境影响种子，让种子基因产生遗传性诱变，以此获得人类需要的优良性状。

中国空间技术研究院总体部研究员蔡震波告诉记者，人类的航天育种，其实缘于一次偶然。

上世纪70年代，美国的一艘太空飞船到月球执行任务，当局同意宇航员可以带上一定数量的个人物品，于是一位森林员工出身的宇航员将4棵树苗和500粒树种带上了飞船。返回地球后，宇航员将这些树苗和树种种在山上。他意外发现，生长出来的树发生了巨大变化，其中大部分失去了原来的特性，一部分长势比原来好。后经研究发现，是恶劣的太空环境让种子产生了遗传性诱变。从此，人类在杂交、物理及化学诱变等多种常规育种方法之外，又增加了一项航天育种手段。现在，那片“太空树”所在的山林，已经成为美国著名的旅游景点——月亮森林公园。

“培育一个优良品种要经过一系列的繁杂过程，时间一般长达8年。而航天育种则可以将筛选出来的种子送到太空进行遗传性基因诱变后直接进行筛选和种植，过程最多5年。”蔡震波介绍，我国的航天育种始于1987年，对改变我国优良种子严重缺少以及粮食安全状况，具有重要的战略意义。

一个国家进行航天育种的基本条件是必须具有返回式卫星或太空飞船技术，目前国际上只有我国、美国以及俄罗斯掌握这一技术，因此全球也只有这3个国家能够进行航天育种。(本报北京9月10日电）

航天育种待解之谜

本报记者 朱丽 赵雪

太空搭载的种子经过变异，会给人类带来惊喜。但为什么只有一部分种子能够形成优良性状？究竟是哪些因素影响了种子变异，作用机理是什么？

中国农业科学院航天育种中心主任、国家航天育种工程首席科学家刘录祥研究员介绍说，我国关于空间诱变机理方面的研究才刚刚起步，研究策略一是通过对空间环境中的宇宙线辐射、微重力、高真空等因素分别进行一一排查和分析，来验证哪些或哪个因素能使种子产生变异；二是通过对太空搭载诱变获得的突变个体与其原始亲本进行分子生物学和遗传学等的比较分析，以寻找突变发生的内在原因，再反推回去。

在空间诱变机理研究中，我国科学家进行了大量研究工作。根据现有研究，科学家们普遍认为空间诱变的诱因主要是太空中的高能粒子辐射，以及太空中微重力的协同作用。

据刘录祥介绍，在地面上虽然可以通过高能加速器模拟空间射线环境，却难以模拟太空综合环境对植物产生的效果。因为太空环境中并不只有辐射，“既有微重力，又有辐射、弱地磁场等多种因素共同存在，其中最主要的是模拟不了失重”，引发种子发生遗传变异的是各种太空综合条件。

2006年，我国首颗专门用于航天育种研究的返回式科学技术试验卫星“实践八号”进行了太空遨游，卫星舱内可探测到的累计射线剂量总和只有几毫戈瑞。“这个空间辐射剂量是极低的，相当于一个核辐射从业人员一年吸收的核辐射安全累计量的十分之一。”刘录祥表示，单从传统的辐射角度来看，如此微小的空间辐射剂量很难形成种子诱变的辐射场条件，那么空间生物材料到底是如何引起的变异呢？这给航天育种机理研究提出了挑战。

太空中的高能粒子辐射可以引起DNA双链断裂，既可能造成细胞凋亡，也可能引起细胞染色体变异，而空间诱变育种就是希望双链断裂以后引起细胞染色体变异。

随着基因组研究的深入发展，基因组序列测定结果表明，在植物基因组中存在大量转座子序列和逆转座子序列，太空环境有可能激活了这些转座子，活化的转座子通过易位、插入和丢失，可以导致基因的变异和染色体的变异。至于空间环境中的什么因素可以激活转座子，哪种植物以及植物的哪些部位的转座子易被激活，仍待探索。

在973计划、863计划和国家自然科学基金等支持下，华南农大国家植物航天育种工程技术研究中心、中国农科院国家农作物航天诱变技术改良中心、中国空间技术研究院空间分子生物学实验室、大连海事大学空间生命实验室等研究机构正在从事空间诱变机理的研究工作，期待早日揭开空间诱变机理的谜底。(本报北京9月10日电）

(科技日报)

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