2022年4月16日,在太空出差183天的神州十三号乘组在全国人民的期盼下顺利返回地球。和三位航天员一起回家的,还有12 000颗种子。其实这不是神舟第一次带种子上天,从神舟一号开始,携带农作物种子就列入了神舟飞船的飞行任务。比如,神舟五号带了1千克种子,神舟七号带了87种植物蔬菜的种子,神舟九号带了普洱茶种子,神舟十号还带上了人参种子,神舟十二号更是带上了29.9克南靖兰花种子。
我们每天吃的农作物,大多是通过人工培育种子种植长成的。但是,在地球固有的环境下,育种的速度并不快。那么,如果我们换一个与地球环境完全不同的地方去育种,会不会有不一样的效果呢?于是,人类把目光投向了遥远的太空。
太空育种也叫空间诱变育种,就是将农作物的种子或试验种苗送到太空,利用太空特殊环境(高真空、高洁净、微重力、宇宙高能离子辐射和宇宙磁场)的诱变,使种子的基因发生变异。多年来的太空育种实验,让一大批大空种子结出了果实,产量也比一般种子提高数倍,果实也饱满硕大。另外,大空种子长出的植株还具有一定的抗病性。
当然,太空种子上天转一圈只是万里长征的第一步。要让太空种子变成真正优良的品种,还需要经历一个相当复杂的过程。一般种子突变率是在0.05%~0.5%之间,一点变化都没有发生的种子还是占大多数。突变本身无所谓优劣,种子所谓“好”与“坏”的突变都是人为选择的结果。不是说只要种子上过太空,就一定会发生突变,而且不同种类的种子突变率也有很大差别。
在种子所有发生的突变中,也并非全都是抗病能力增强、高产和早熟等有益变异。从总体上来看,反而是减产、抗病能力减弱等不利于生产的劣性突变表现得更多,因为太空毕竟是一种特殊的极端环境。太空种子返回地面后,育种专家在选育过程中,要进行种植、观察、突变筛选、遗传稳定性鉴定等,往往还需要经过繁殖三四代以及杂交后,才能培育和优选出良好的品种。人们所说的“超级太空大南瓜”“巨型太空番茄”等,都是通过地面的精心培育后才生长出来的。
“这次通过神舟十三号载人飞船我们搭载的种子是紫花苜蓿种子。”苜蓿育种专家、中国农业大学教授王涛表示。
“依托航天育种产业创新联盟,此次,我们搭载了紫花苜蓿、燕麦、中间偃麦草、红三叶等牧草种子21份,共计158克。”中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所抗逆牧草育种与利用团队首席专家杨红善介绍说。
此次搭载神舟十三号载人飞船的种子“乘客”不仅有紫花苜蓿、燕麦,还有水稻、食用菌、生菜等各类植物种子。
各单位“八仙过海、各显神通”,纷纷提供“当家好种”。“每家单位搭载的种子和目的不尽相同,有些侧重于基础研究,有些则更侧重于品种培育。”杨红善说。航天诱变有“三宝”,即高真空、微重力和空间射线,三方面因素共同作用可以使种子的遗传基因发生变化。多年来,航天诱变育种在中国粮食安全和生态环境建设等诸多领域作出重要贡献,培育的农作物、蔬菜、林草、花卉等植物新品种累计种植推广面积超过240万公顷,据估算,航天诱变育种创造直接经济规模超过2000亿元。
海南航天工程育种研发中心近十年来培育了20多种具有推广价值的作物。比如太空香蕉“航蕉一号”的培育,不仅产量接近翻倍,让香蕉的生长周期时间从13个月缩短到了9个多月。此外,还有维生素C含量提升1.8倍的辣椒、产量提高3成的西红柿等。
海南航天工程育种研发中心工程师姚彤介绍,北京市场30%的草莓都是航天草莓、太空草莓。它的个头非常大,像鸡蛋一样大。我们国家建立了自己的空间站,就可以有更多的植物品种上天,可以在空间站里停留更长时间,能产生更多更好的植物品种。
与常规地面辐射育种突变相比,航天搭载空间诱变产生的突变材料具有成活率高、变异频率高、突变幅度大、稳定性强、育种周期短等明显优势。它由此成为物理辐射育种的延伸、传统育种手段的重要补充。育种专家们借助载人航天工程提供的平台,利用特殊的空间环境培育出农作物新产品,极大地提升了农业创新和生产技术水平。我国先后30多次利用返回式卫星、神舟飞船、天宫空间实验室和其他返回式航天器搭载植物种子,已在千余种植物中培育出700余个航天育种新品系、新品种。累计种植面积1.5亿亩,产业化推广创造经济效益2000亿元以上。除粮食、蔬菜、水果、油料等农作物品种外,还创制出林草花卉、中草药新品种和制药、酿酒等微生物新菌种,获得了广泛应用和良好的社会效益。