太空種子“上天”“入地”助推現代農業發展

策劃/本刊編輯部 文/本刊記者 李霜

浩瀚宇宙成“育種實驗室”

“航天育種”在不少人看來像是新名詞，其實已經伴隨人類的航天事業走過了三十多載，取得了一大批成果，在關鍵技術開發、重要種質創新以及品種選育和成果產業化等方面取得了令人矚目的成績。日前，長征5B返回艙順利著陸，地面的育種專家們為太空種子的“落地”不斷研討，為農業現代化發展貢獻科技力量。那么，航天育種到底是什么？航天與農業又將碰撞出哪些“火花”呢？

新型育種技術促進農業現代化

每667 m2產量高達4 000 kg、比普通線椒增產1.66 倍、維生素含量翻番的“太空線椒”；5 d 左右就長成西瓜大、每個200 kg重的“太空南瓜”，兩個壯小伙子都抱不動；號稱“番茄部落”的“太空番茄”，2 m多高的“番茄樹”沿棚架攀爬生長，最高可達20 m，一根主干上能長出幾百枝的分枝，枝葉覆蓋150～180 m2，能結1萬多個番茄……

這些神奇的“太空蔬菜”，源于航天育種工程。航天育種又叫農業空間誘變育種或太空育種，是指利用返回式航天器（衛星和飛船）將農作物種子送入太空中，利用空間宇宙射線、微重力、高真空、弱磁場等特殊環境對農作物種子的誘變作用來產生變異，使其內部DNA 鏈上的基因組發生缺失、重復、易位或倒置，進而產生一些高頻度、大幅度的遺傳性狀突變，來創造豐富的育種變異材料、創新種質資源，再返回地面選育、培育新品種的作物育種新技術。

與常規育種不同，航天育種主要依靠的是外太空的環境，對種子進行內部基因重組。種子選拔、太空遨游、地面攻堅、示范推廣是航天育種的四個步驟。

據黑龍江省農業科學院園藝分院副研究員王雪介紹，與其他育種技術相比，航空育種能夠更加快速地獲得穩定品系，使新品種的育種年限縮短到5～6年。另外，航空育種的本質是利用特殊的環境加速作物的自然突變頻率，沒有外來基因片段插入，不會造成食品安全隱患。

多地篩選種子“上天”

1987年8月5日發射第九顆返回式科學實驗衛星，我國科學家篩選農作物種子等生物材料首次進行衛星搭載開展空間誘變實驗，標志著我國航天育種事業拉開了序幕。此后，全國各省市將浩瀚宇宙作為“育種實驗室”，篩選了一批又一批種子上天，助推我國航天育種高速發展。

日前，陜西省航天育種工程技術研究中心新一代載人飛船空間科學實驗搭載材料交接儀式在西安文理學院舉行。陜西33份特色育種材料“凱旋”，搭載材料涉及分布在秦嶺的國家一級保護植物華山新麥草、生態修復菌以及杜仲、枸杞、沙棘、文冠果、沙地云杉、秦椒、晉谷等地域特色農作物品種。陜西省航天育種工程技術研究中心負責人表示，今后該中心將繼續立足陜西重要的生物多樣性資源，聚焦秦嶺生態環境保護與修復、黃河流域生態保護，以國家重點保護植物、生態修復微生物以及農作物種質資源的選育為重點，開展航天育種機理研究、搭載材料返回地面后育種規范化研究，將航天誘變與分子生物學技術相結合，對誘變材料進行遺傳多樣性分析，通過航天育種和多技術集成，縮短育種年限，提高育種效率。

寧夏科技廳和寧夏航天產業投資管理有限公司組織本地育種單位和相關院校，選送26種177個品類共計4 265 g 特色物種開啟“太空之旅”。參與物種涵蓋枸杞、小麥、馬鈴薯、硒砂瓜、小雜糧、甜瓜、牧草、沙米、沙冬青、金蓮花等寧夏特色農業領域具有育種開發價值的代表性種質資源和育種材料。據寧夏科技廳相關領導介紹，開展航天搭載試驗，有助于加快培育更多品種優、產量高、抗性強的特色農業新品種，拓展航天技術在寧夏農業育種、特色資源開發、生態環境監測評估、生物和自然災害預警防控等領域的利用。

我國新一代載人飛船試驗船返回艙在軌飛行67 h后，在東風著陸場預定區域成功著陸回收，試驗取得圓滿成功，搭載有內蒙古自治區范圍內征集的小麥、玉米、馬鈴薯、蕎麥、燕麥、蒙古黃芪等26個品種74 份空間誘變育種實驗生物材料與試驗船一起“問鼎蒼穹”，這些生物材料的搭載，開啟了內蒙古航天育種事業的“新征程”。據悉，參與育種實驗的均為內蒙古優勢特色作物、雜糧、中蒙藥材、牧草和果蔬，旨在通過空間誘變實驗育種，快速創制具有自主知識產權的種質資源，培育高產、質優、早熟農作物新品種、新種質資源，有力支撐“科技興蒙”。試驗船在軌飛行期間，穿越范艾倫輻射帶，接受的空間總輻射劑量和微重力環境均與以往神舟飛船、天宮實驗室和返回式衛星所經歷的空間環境不同，為開展空間輻射生物學研究、空間誘變和航天育種研究與實驗提供了前所未有的寶貴機會。

太空種子在廣袤大地“生根發芽”

太空種子“上天”后，還需“入地”。經歷航天“旅行”的種子回到地面后，育種專家就可以開始進行地面攻堅工作。

“經過太空誘變的種子返回地面后，要對它們進行艱苦、漫長的‘地面攻堅’工作，這是航天育種的核心和關鍵步驟。”航天育種（楊凌）種質資源研究中心主任郭銳介紹。種子返回地面后，它的變動是無序的、不可控的，有可能變“好”，有可能變“壞”，也有可能沒有變化。

“種子巡游太空后返回，是否能達到預想的效果，只有把它們播到土壤中，幫助它們發芽、成長、開花、結果，再與其普通同類比較才知道。”郭銳介紹。從太空種子播種開始，每個步驟都要精確記錄科研數據，再對數據進行比對。

據了解，由于這些種子的變化是分子層面的，想分清哪些是我們需要的，必須先將之播種下去。一般從第二代開始篩選突變單株，然后將選出的種子再播種、篩選，讓他們自交繁殖，如此繁育三四代后，才有可能獲得遺傳性狀穩定的優良突變系。

地面選育需要進行多代篩選、培育，一批太空種子從落地到新品定型至少需要4 年時間。到第四年，一旦真正確認好了變異，種子穩定下來能連續向下遺傳了，此時它們才能成為新品種。經過多代篩選和培育后，種子只有通過審定才能成為真正意義上的“太空種子”，可以在全國范圍內進行推廣，并走上百姓的餐桌。

糧食生產是我國農業生產的重中之重，因此我國航天育種的重點放在了糧、棉、油等關系國計民生的重要農作物上，育種專家多次對結束“飛天之旅”的重要農作物種子進行地面培育，讓種子在全國各地“生根發芽”。據不完全統計，到今年年初已經通過審定的66種太空種子中，有40多個是水稻品種。這些新品種的推廣，大大增加了水稻的畝產量，提高了水稻的品質，為維護我國的糧食安全做出了重要貢獻。

“航天+農業”催生新商機

近年來，我國農業現代化成就巨大，從休閑農業、品牌農業、設施農業、微農業、功能農業，再到智慧農業、智能農業、精準農業、生態農業。一大批新經濟形態和產業升級正在極大地拓展鄉村經濟的內涵和外延。航天農業也逐漸走入了大眾的視野。經過多年的探索和發展，航天農業已成為現代農業創新變革的“助推器”。航天農業除了在科研上有廣闊的發展前景之外，其商業模式也值得深挖。

一是建設航天育種基地助推鄉村振興。在醴陵市茶山鎮鐵河口村，有這么一個航天育種基地，百花盛開、蔬果喜人，在園區土地上孕育的太空辣椒、絲瓜、茄子等作物品種達幾十種，說是一個小小的“伊甸園”也不為過。位于茶山鎮鐵河口村的航天育種基地占地80 hm2，作為醴陵乃至株洲首家“太空蔬菜”種植基地，在科技致富的道路上，利用優質高產的農作物品種，基地負責人積極帶動當地貧困群眾就業脫貧，幫助農民實現增產增收。同時利用農作物育種的條件改善，提高瓜果蔬菜種子產量和質量，創造直接經濟效益1 200萬元，加速傳統農業轉型升級。

二是建設太空農場普及航空科學知識。重慶市大渡口區的都市太空夢幻農場利用太空農產品品種豐富、形態奇異、食用價值高等優勢，結合都市綜合商業體，建設成為了航天農業科普基地。該農場總面積約3 500 m2，分為太空樂園觀光區、太空樂園體驗區、太空樂園科普區三大區域，集合了農趣體驗與觀光體驗、自然科普教育、休閑娛樂、親子游樂、綠化環境等多種功能。太空夢幻農場除了供市民游玩體驗之外，更重要的是普及航空航天相關科技成果、科學知識，成為了孩子們科學探究的實驗室。

三是航天農業觀光園促進農旅融合發展。在寧河縣俵口鄉興家坨村的生態旅游觀光農業示范園區，玻璃智能聯動溫室已經建成，70 余種航天蔬菜在此種植。游客可以在生菜“樹”上摘下自己心儀的菜品，也可以在黃瓜架上找到漂亮的乳瓜。除了太空蔬菜采摘項目外，觀光園還進行了跨行業整合，主要是與旅游業、食品加工業的組合，運用太空花卉、太空蔬菜等新穎奇特的農作物，為觀光旅游增添新穎的景觀、奇妙的體驗。

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航天育種助推重慶農業高質量發展

日前，我國新一代載人飛船試驗船在海南文昌成功升空，萬州古紅橘在內的一批太空種子與飛船一起，開啟了大約3 d的太空飛行旅途。這次新一代載人飛船試驗船搭載了種子、苗木、微生物、菌類等幾十個品種的試驗樣品，進行航空育種。

萬州古紅橘的基因傳承有唯一性，而且比雜交基因有更強的競爭力，后代的樣子、特性和數千年前的紅橘是一樣的。這次萬州古紅橘種子的太空之行，將給古紅橘種植帶來更大更多的可能。北京航天衛星應用總公司利用中國第18顆和第20顆返回式科學實驗衛星，搭載了重慶市農科所選送的具有自主知識產權的蔬菜、花卉、玉米、水稻種子等共18個種類58 個品種，圓滿完成了航空育種實驗任務。此外，北京航天衛星應用總公司和重慶市農科所還簽訂了《聯合建立航天育種示范基地》協議，決定雙方聯合建立航天育種基地，進行育種實驗和新產品推廣。

據悉，太空實驗的“乘客”，經過重慶農科所一年培育，目前在玉米、番茄、辣椒、甘藍、花卉等品種上出現了良性變異，再經過2至3年的培育，個大質優的“航天牌”本土蔬菜水果就可能擺上老百姓餐桌，各種奇美的“航天牌”鮮花將盛開在公園、街頭、自家的陽臺。

隨著航天育種技術成果轉化的逐漸加深，重慶將航天育種與生態農業緊密結合，不斷延伸產業鏈，利用所具有的航天育種、生態農業等技術和資源優勢，實現專業提升、產業創新、規模發展的農業發展之路，以經濟效益、社會效益、生態效益相統一的效益社會化正在顯現。