你應(yīng)該知道的航天育種

□ 吳琳

你應(yīng)該知道的航天育種

□ 吳琳

今年是我國開展航天育種實驗30周年。1987年8月5日，我國成功發(fā)射了第九顆返回式衛(wèi)星，與眾不同的是，這顆衛(wèi)星除完成既定的科研任務(wù)外，還破例搭載了辣椒、小麥、水稻等作物種子。正是這顆衛(wèi)星開啟了我國航天育種的大幕。

▲ 用于太空細胞試驗的植物

太空就像一個綜合加工廠

隨著航天科技的迅猛發(fā)展，人類探索太空已經(jīng)不再是夢想，科學(xué)家們逐漸發(fā)現(xiàn)太空具有很多地面不具備的特點，而這些特點讓種子能發(fā)生神奇的變化。

太空就像一個超級實驗室，這個實驗室有三大最顯著特點，一是微重力，不論是航天員還是被搭載的種子，甚至航天器本身，在太空中做繞地高速飛行時，都處于“失重”的狀態(tài)；二是弱地磁，如果把地球比作一個巨大的磁鐵，而宇宙飛船在距離地面數(shù)百千米的太空中，與地球的距離越來越遠，距離達到一定程度時，地球?qū)︼w船的吸力就完全不能發(fā)揮作用了；三是強輻射，宇宙中到處都有射線，就連太陽也不停地向外發(fā)射著各種高能射線，太空中的射線就像是子彈，可以針對每一粒種子、每一個細胞、每一段基因甚至每一個分子進行精確打擊。

種子們在這種環(huán)境下能夠存活嗎？研究表明種子的生命力很頑強。多數(shù)種子雖然在自然狀態(tài)下離不開空氣，保持著“輕微呼吸”的狀態(tài)，但它們也可以被長期隔絕，甚至在完全無氧、無水的狀態(tài)下，以休眠狀態(tài)維持生命。

除了微重力、弱地磁和強輻射外，太空還具備高真空、超低溫和極潔凈的特點。兼顧這些特點，太空就像一個綜合加工廠，可以讓種子細胞和基因短時間內(nèi)發(fā)生變異。這也就意味著，與地面?zhèn)鹘y(tǒng)育種技術(shù)相比，太空環(huán)境的經(jīng)歷會讓空間誘變材料的變異率提高，育種周期縮短。由此，育種專家想到了航天育種——把種子送上太空來“選育良種”的方法。

航天育種的由來

航天育種是隨著返回式衛(wèi)星技術(shù)的成功而實現(xiàn)的。美國自1966年發(fā)射第一顆專用生物衛(wèi)星開始，就在上面搭載有植物和植物種子了。后來，又利用其他系列飛船、航天飛機等航天器搭載了燕麥、小麥、扁豆、松樹等植物的種子、幼苗，進行研究實驗。

蘇聯(lián)自1970年發(fā)射升空宇宙368號生物衛(wèi)星起，也開始搭載各種物質(zhì)和植物種子，甚至連煙草種子都送到太空去研究了一下。由蘇聯(lián)1976年2月17日開始建造，于2001年3月23日壽命終結(jié)、墜毀于南太平洋的“和平號”空間站，在其歷時15年的太空繞地飛行過程中，進行了大量的空間生命科學(xué)實驗，而且動植物種類也不少。

值得一提的是，航天員們竟然在“和平號”空間站上建立了一間名為“拉達”、面積為900平方厘米的小型溫室，雖然面積不大，但依然種植了100多種植物，完成了播種、發(fā)芽、生長、開花、結(jié)果的全過程，而且還如愿以償?shù)厥斋@了糧食作物的代表——小麥，還有經(jīng)濟作物的代表——油菜。

1987年8月5日，我國第九顆返回式衛(wèi)星發(fā)射升空，衛(wèi)星上搭載了多種農(nóng)作物種子，我國航天育種大幕正式拉開。

之后我國又利用返回式衛(wèi)星、飛船等進行了數(shù)十次航天育種試驗，取得了很多可喜的基因遺傳變異。需要說明的是，到目前為止，除中國外，世界上只有美國與俄羅斯掌握返回式衛(wèi)星技術(shù)。但與我國不同，美、俄兩國把這項技術(shù)重點用在了為載人航天服務(wù)，探測空間環(huán)境的安全性，解決人類在太空環(huán)境中的食物供應(yīng)、氧氣來源及生存環(huán)境安全等方面。美國的農(nóng)業(yè)較為發(fā)達，現(xiàn)有的糧食產(chǎn)量足以滿足其需求，我國搞航天育種則更為現(xiàn)實，更符合國情，也更有利于農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)。

從搭“順風(fēng)車”到坐“專車”

最初，育種專家只是等待有航天發(fā)射任務(wù)時將種子搭“順風(fēng)車”送上太空。到2006年9月，我國有了第一顆專門用于航天育種的衛(wèi)星——實踐八號育種衛(wèi)星。衛(wèi)星上裝載了糧、棉、油、蔬菜、林果、花卉等9大類共2000余份、約215公斤的農(nóng)作物種子和菌種，在太空順利運行15天后，成功返回地面。這次的搭載種類和數(shù)量，在當時來看是我國自1987年首次實現(xiàn)“種子太空之旅”之后規(guī)模最大的一次。由此，航天育種也正式有了火箭“專車”。

▲ 科研人員將種子放入衛(wèi)星

▲ 工作人員從神舟十一號飛船返回艙中取出搭載物品。宿東 攝

航天育種實現(xiàn)“專車”運輸并不容易，在當時國力條件有限的情況下，實踐八號育種衛(wèi)星從立項到最終飛天也經(jīng)歷了十年的坎坷。其實早在1996年，原航天工業(yè)總公司就聯(lián)合農(nóng)業(yè)部積極推進航天育種項目，但直到2001年10月才通過了原國家計委委托的中國國際工程咨詢公司的評估。2003年4月22日，國務(wù)院批準了國家發(fā)改委、財政部、國防科工委《關(guān)于審批航天育種工程項目可行性報告的請示》。之后，中國航天科技集團公司、中國農(nóng)科院、農(nóng)業(yè)部共同組織協(xié)調(diào)，確定了航天育種工程實施的總體方案。

據(jù)時任實踐八號育種衛(wèi)星的總指揮、總設(shè)計師唐伯昶介紹，從130個單位收集上來的208公斤種子和其他農(nóng)作物樣品，凝聚著廣大科研工作者的心血，必須格外小心。他回憶當年的情景，農(nóng)科院幾個碩士生先給這些種子包上一層防水布，再裹上白棉布。這些工作花費了一周的時間。由于衛(wèi)星本身有其自身的重心平衡，種子不能散亂地放在回收艙里，為此，航天技術(shù)人員專門量身定做了一種放置種子的架子，里面又分成許多小格，再經(jīng)過多次試裝和振動試驗，最終確定了2000多份種子各自的位置。同時，在衛(wèi)星內(nèi)還裝有多種儀器，對在軌飛行時種子的環(huán)境溫度、宇宙粒子、微重力等數(shù)據(jù)進行測量和記錄，以便之后進行科學(xué)研究。由于最后一批鮮活樣品必須在發(fā)射前一兩天才裝星，衛(wèi)星系統(tǒng)安裝的流程中還特意為它們安排了打開回收艙頭蓋的操作，裝進這些特殊“乘客”。這些大量細致的工作都是為了獲得航天育種工程的最佳效果。

去年11月18日，神舟十一號載人飛船航天員景海鵬、陳冬順利返回，其中跟隨他們遨游太空并返回的就包括云南、寧夏、陜西等地的特色農(nóng)作物和藥材種子、種苗。在這次飛行任務(wù)中，航天員還進行了生菜栽培試驗，這也是我國首次在太空人工栽培蔬菜，為未來將要建成的空間站植物工場奠定了基礎(chǔ)。

從1987年至今，我國航天育種已經(jīng)走過了30年的發(fā)展歷程，試驗品種繁多，包括植物干種子、組織、菌類、昆蟲、動物等。目前已培育出許多高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆性強的優(yōu)良品種，這些品種經(jīng)過育種專家的辛苦培育和層層檢測后，很多已經(jīng)端上了老百姓的餐桌。

責(zé)任編輯：吳琳