太空育種,究竟是怎樣的育種術?

本刊綜合

4月16日，神舟十三號載人飛船順利回家，伴隨神舟十三號飛船遨游太空的不僅有三名航天員，還有12000顆種子。其實這已不是神舟號第一次帶種子上天，從神舟一號開始，攜帶農作物種子就列入了神舟飛船的飛行任務。4月26日下午，神舟十三號返回艙在北京開艙，多個單位搭載的作物種子順利出艙。那么，究竟什么是太空育種？什么樣的種子才有資格上天？在“太空歷練”的種子會發生什么變化？本期今日視點我們共同來關注。

太空育種聽上去神秘莫測，其實早已走入了普通人的日常。我國已經有上千個品種的農作物種子完成了太空之旅。700多個“航天品種”陸續誕生，我們平時吃的糧食、蔬菜、水果、中藥，不少都是“天外來客”。

什么是航天育種？

太空育種，也被稱為空間誘變育種，是我國主要的航天任務之一。它是將農作物種子或試管種苗通過航天器送到太空，利用太空特殊的高真空、宇宙高能離子輻射、宇宙磁場、高潔凈的環境誘變作用使種子產生異變。返回地面后，再經過至少4代選育，篩選出攜帶新性狀的新種子、新材料，進而培育的新品種。

種子送上太空為哪般？

送種子上太空的航天育種思路源于電離輻射育種，其技術原理是利用γ射線、X射線或其他輻射源誘發植物種子的生物遺傳物質發生改變，再通過人工選擇性培育，按照人類的需求篩選出優良品種。

太空育種是近幾十年發展起來的一種新型育種技術，是航天技術、現代農業技術和生物技術相結合的產物。

與傳統育種技術相比，它能在較短的時間內大大提高農產品的品質，創造出許多新品種，在現代農業的快速發展中發揮著重要作用，很好地解決了糧食短缺問題。

太空環境與地球上有著諸多不同，除了具有微重力、高真空之外，還有很強的太空輻射，尤其是γ射線、高能質子和宇宙射線，這些輻射是種子發生變異的主要因素，使得植株的生理特性和形態特性發生改變。

“太空歷練”的種子會發生啥變化？

科學家們發現，經過“太空歷練”的種子其發芽率、作物產量、抗病性、抗蟲性、養分含量以及植物花朵的顏色、高矮等性狀都會發生改變。但其變化并沒有什么規律，大多是隨機性的，且太空育種并不能使每一顆種子都發生突變。據統計，對人類有益的突變大約只占3%。

就種子發芽率而言，小麥、玉米、棉花、向日葵、大豆、黃瓜和番茄的種子經過太空輻射后，種子的活力和發芽率都有所提高;而水稻、谷子、豌豆、青椒、煙草等植物種子的發芽率則與未上過太空的種子相比并無顯著差異。

除此之外，高粱、西瓜、茄子和蘿卜的種子在經過“太空歷練”后，發芽率甚至會降低，其中航天高粱種子萌發和幼苗生長受到強烈抑制，生育期推遲。因此，并不是所有植物都適合航天育種。

我國對水稻、小麥、棉花、青椒和芝麻等作物利用太空育種的方式獲得了一系列的新品種，其中已通過國家或省級審批的新品種和新組合超過30個。

目前，在山東、河北、江蘇等地都有太空蔬菜銷售市場，太空蔬菜比普通蔬菜價格會高一些。但太空蔬菜味道好、營養豐富，經國家相關機構對比，太空蔬菜比普通蔬菜的營養含量高約30%。

種子回到地球能直接投入市場嗎？

當然不能！上過天的種子有變好的也有變壞的，一般來說，從遨游太空到地面培育，從品種篩選到品質驗證整個過程要耗時4～6年。

以小麥的育種為例，需要如下4個步驟。首先，要觀察一代種子。上過天的種子是一代種子，將一代種子種下去，科研人員任其生長不做篩選，只記錄其一些變異性狀。其次，要優選二代植株。將一代植株所結的種子繼續播種，培養第二代植株，接著繼續對二代植株進行觀察，由于第二代植株的突變率增加，變異更明顯，可根據育種需求進行定向選擇。如想要獲得抗倒伏特性的小麥，則篩選變矮的植株;想要提高小麥產量，就篩選穗子變大的植株;想要一年多次收獲，則篩選早熟的植株。第三，要確定植株穩定性。將篩選出的種子繼續播種，讓其自交繁殖，如此繁育3～4代后，觀察這些變異的性狀是否能夠穩定遺傳。最后，要群體比較和異地試種。對具有遺傳穩定性的種子進行群體比較試驗以及在不同地理位置進行試種試驗，從而確定其在不同環境下是否都能穩定表現出優良的變異后性狀。可以說，每次上過太空的種子都要像這樣通過幾年的篩選，再經農作物品種審定委員會審定才可以被稱為真正的“太空種子”。

太空育種和轉基因一樣嗎？

有人會疑惑，太空育種是不是和轉基因育種一樣？經過太空輻射后的種子，種出來的東西到底安不安全呢？

事實上，它們是不同的，太空育種是自身基因的變異，沒有打破物種界限，而轉基因是指將一個外來基因移植到另一個作物當中。

我們先來看看太空育種的原理。在空間環境中的高能粒子輻射、微重力、高真空等綜合因素協同作用下，植物種子的DNA被雙鏈擊穿，產生斷裂并重新排序，而地面的誘變技術只能讓DNA被單鏈擊穿，因此，太空育種變異率更高。以水稻為例，它的自然變異率在二十萬分之一左右，化學誘變的變異率也只有千分之幾，而經空間誘變的水稻變異率可達百分之幾。

可以看出，特殊的空間環境使得太空育種與傳統地面誘變育種相比，具有變異率高、變異幅度大、有益變異多、穩定性能強等特點，因而能夠培育高產、優質、早熟、多抗良種。此外，太空育種不但能出現一些如產量、株高、生育期、品質、抗病性等常規誘變育種的變異，還能出現一些其他理化因素處理較少出現的特殊變異類型，如果實早熟、大果型變異，花卉花形變異、花色變異等。

但是，一山更比一山高。相比太空育種，轉基因育種技術可以更加精準、高效。轉基因育種的優勢在于可以實現跨物種的基因發掘，拓寬遺傳資源的利用范圍，實現已知功能基因的定向高效轉移，使生物獲得人類需要的特定性狀，為高產、優質、高抗農業生物新品種培育提供了新的技術途徑。

不管是傳統育種、太空育種還是轉基因育種，公眾最關心的問題莫過于農產品是否安全。

其實在自然環境中，植物種子實際上也在發生變異，只是變異過程極其緩慢，變異頻率很低。而人類早期的植物育種方法大都是對自然變異的選擇和利用，并被證明是安全可行的。太空育種是利用空間環境條件加速生物體的變異過程，這與自然變異在本質上是沒有區別的。

既然安全性沒有問題，太空育種會不會出現口感變差的問題呢？事實上，根據實際培育情況，很多太空物種口感反而變得更好了，比如太空青椒，要比普通的地球青椒維生素C的含量增加20%;而太空黃瓜，除了個頭比普通黃瓜大，口感也更鮮嫩多汁。除此之外，太空小番茄也比普通小番茄的含糖量高;而太空蘿卜除了口感喜人，還有一項太空特有技能，那就是讓害蟲不敢近身。