解鎖基因密碼的太空種子

王曉璐

從20世紀50年代人類發射第一顆人造地球衛星以來，如何利用植物保障人類在地外環境中生存所需要的食物、氧氣和純凈水，就成為空間生命科學關注的問題之一。

歷經30多年的發展，我們的航天育種技術產業，已經取得了豐碩的成果，走入千家萬戶，相信在不久的將來，會有更多飛向太空歷練的“太空種子”們，為我們帶來航天科技的福利。

“東川種子”飛上天

2023年5月30日9時31分，搭載神舟十六號載人飛船的長征二號F遙十六運載火箭，在酒泉衛星發射中心點火發射。

此次飛船上還搭載了一些特殊的“乘客”，它們是由航天科工組織云南省林科院、云南昆明市東川區精心挑選出的竹葉花椒（青花椒）種子，一共兩個品種，分別是竹葉花椒、無刺青花椒，共計3220顆，66.83克。

它們將接受為期5個月的太空輻射誘變。這也是國內首次開展青花椒“太空育種”試驗。

東川區因山地面積廣，在種植花椒方面有得天獨厚的優勢，典型的立體型氣候為種植不同品種的花椒提供適宜的生長環境。近年來，東川區積極探索花椒產業發展，種植面積達10萬畝，培育35個花椒種植專業合作社，建成5個花椒初加工工廠。

目前，花椒已成為東川區“一縣一業”主導產業。

這些種子經歷“太空育種”后，返回地面，航天科工將發揮超臨界萃取等技術優勢，幫助東川發展花椒深加工產業，助力實現產業振興，帶動村民增收致富，為鄉村振興提供強大內生發展動力。

除了花椒外，神州十六號載人飛船還搭載了吐魯番葡萄、臺州柑橘、山西玉米、單縣西紅柿、廣西桉樹等多種農作物種子。

“太空種子”的升級之路

航空育種的首要前提就是“太空種子”的挑選。

這些種子一般具有兩個條件：一是穩定性好，二是綜合性狀好。這樣的種子可謂是“天選之種”。

然而，這些種子仍不能被稱為太空種子，搭載飛船上天只是成為“太空種子”的第一步——搭載種子。

由于一般種子在太空中的突變率僅為0.05%—0.5%，很多種子在太空中不會發生變化，只有被宇宙射線擊中的“幸運兒”才會在返回地面后被挑選出來。

同時，由于基因突變具有不定向性，只有往好的方向突變并且符合要求的種子，才能留下來接受之后的“歷練”。

留下來的種子需要進行多代的篩選培育，經過風、蟲、旱的考驗，只有通過這些嚴苛的試驗，并得到品種審定委員會審定的種子才是真正合格的太空種子。

航天育種效益多

有人把航天育種理解為“太空種菜”，確實有種菜方面，但并不僅僅是種菜這么簡單。

航天育種，是將農作物種子或試管種苗送到太空，利用太空特殊的、地面無法模擬的環境，如高真空、微重力、宇宙高能離子輻射等的誘變作用，使種子產生變異，再返回地面選育新種子、新材料，培育新品種的作物育種新技術。

航天育種具有有益的變異多、變幅大、穩定快以及高產、優質、早熟、抗病力強等特點。其變異率比普通誘變育種高3—4倍，育種周期比雜交育種縮短約一半，由8年左右縮短至4年左右。

與傳統育種技術相比，它能在較短的時間內提高農產品的品質，創造出許多新品種，在現代農業的快速發展中發揮重要作用。

回顧過往，神舟十二號和神舟十三號載人飛船返回艙則帶回了上千份的作物種子和微生物菌種，從小麥、玉米、大豆到南瓜、水稻、番茄，還有魔芋、辣椒、棉花，甚至還有處于休眠狀態的烏雞蛋。

神舟十四號和神舟十五號載人飛船搭載了1300余份作物種子、微生物菌種等航天育種材料。

太空水稻也“吐水”

北京時間2022年10月12日16時01分，“天宮課堂”第三課在中國空間站開講，新晉“太空教師”陳冬、劉洋、蔡旭哲為廣大青少年帶來一場精彩的太空科普課，這是中國航天員首次在問天實驗艙內進行授課。

在太空課堂上，陳冬直播空間站科學實驗操作——采集擬南芥樣本。

采集樣品時，陳冬先把蓋子打開，拿上小剪刀，把樣品削出來放進凍存管中。這些凍存管會放到-80攝氏度存儲區，等待之后帶回地球交給科學家研究。

在問天艙的生命生態實驗柜里，除了擬南芥，還培育了另外一種植物——水稻。

經過70多天的培育，太空中的水稻種子已經長成了一顆顆水稻植株。

在水稻培育過程中，航天員們發現了一個奇特的現象。

“在剛剛萌發的水稻葉尖上，出現了一個晶瑩的小水滴，并且小水滴會越變越大，直到貼到生長盒的壁上。”劉洋描述說，這是水稻的“吐水”現象，在太空微重力環境中更容易觀察得到。

“非常期待能夠在中間站收獲我們自己種植的糧食，說不定在不久的將來，在月球甚至在火星，我們都能實現袁隆平院士的禾下乘涼夢。”陳冬憧憬道。

2022年12月4日，神舟十四號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸，水稻種子和擬南芥種子隨艙返回。

此次空間科學實驗，是國際上首次開展水稻“從種子到種子”全生命周期空間培養實驗，這個項目共在軌開展實驗120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發、幼苗生長、開花結籽全生命周期的培養實驗。

這一成果也為進一步開發適應空間環境的作物提供了依據。

“太空蔬菜”購買自由

在種子“上天”之后，我國還建立了多個太空育種基地，讓“太空種子”實現規模化種植。

在海南，我國已經建立了太空作物的種植基地，海南航天育種中心的科研成果也已走進消費者的生活。

在新疆布爾津縣，也建有太空育種蔬菜種植基地，該基地已引進了西瓜、蜜瓜和羊角蜜等瓜類種苗，還有十五六種太空蔬菜苗進行培育。

目前，蔬菜、瓜果、咖啡、茶葉、菌種、中藥材等食品品類都有了“太空后代”。超市常見的太空椒、太空西瓜便是太空育種的成功品種。

不僅如此，從淘寶等一些知名電商平臺，也可見太空育種的火熱發展。

618前夕，一家名為“新航天星空實驗室”的店鋪在淘寶低調開業。這家以太空育種為特色的店鋪，前期商品以“太空育種產業園規劃”服務為主，下半年將推出各地太空育種產業園的新品種。

新航天星空實驗室創始人、航天育種高級工程師張傳軍表示，他們已與浙江、山東、內蒙古、廣東、遼寧等多地政府部門合作，建立航天育種成果產業園，目前這些太空果蔬長勢喜人，最快在今年秋天，各地太空育種產業園的首批瓜果蔬菜及米、面、油，有望大規模上架淘寶。

“除了口感上變好以外，太空培育新品種的安全新都經過國際組織認定”。

我國進行太空育種已經有36年的歷史，通過強輻射，微重力和真空等太空綜合環境因素誘發植物種子的基因變異。種子返回地球后，需經過多代的地面培育，形成穩定優良的新品種，才能推向市場。

近年來，各級政府對航天育種基地布局熱情高漲，通過淘寶店來展示太空育種產業的最新成果，以此連接地方政府、企業，通過專業的航天育種團隊的規劃和技術指導，引領地方產業發展，實現農產品產業升級，探索中國航天與電商平臺一起助力鄉村振興的新路徑。

“太空育種” 無限可能

我國自1999年神舟一號飛行任務便開始開展航天育種搭載實驗。

多年來，我國開展的航天育種實驗取得了不斐成就。最新數據顯示，自1999年11月神舟一號首飛及其后的歷次飛行任務中，累計為國內400余家科研機構和高等院校搭載航天育種實驗項目3000多項，創制出4萬余份空間誘變種質材料，育成水稻、小麥、玉米、大豆、棉花、油料、蔬菜等新品種460多個，顯著提高農作物產量和品質。

中國空間站已步入應用和發展階段，目前也有大量的生物樣本正在空間微重力環境下開展實驗。

航天育種打開了農業“芯片”的密碼，為農業插上了飛天的翅膀，我們也期待這些航天育種為我們帶來更多的神奇。