自1987年以来,我国育种工作者富有独创性地首先开始利用返回式卫星和高空气球搭载农作物种子,进行空间诱变育种研究取得了一批极有价值的研究资料和成果,获得了一些对产量有突破性影响的罕见突变,选育出一些有应用前景的新品系。这一方法的特点是变异幅度变大、有益变异增多、育种周期缩短,如1987年利用高气球搭载的甜椒品种"龙椒二号",经连续多年混合选择,已培育出果重达250克以上,增产120%的早熟新品系。1987年利用高空气球搭载了粳稻品种"中作59"和"海香",其M2代在11个性状上均出现广幅的分离,不仅从中获得了产量、品质明显改进的新品系,而且从中选育出能够恢复籼型雄性不育系育性的粳稻恢复基因突变系,这是迄今利用其它手段难以获得的罕见突变,它将对水稻亚种间杂种优势利用产生重大影响,已从中选育出10多个综合农艺性状好、恢复力强的恢复系,以其配制的杂种一代优势显著,可望很快应用于生产。1992年利用高空气球搭载的水稻品种"ZR9",经三年选育,获得早熟、高产、优质的新品系--"航育1号",亩产最高达700公斤,正在进行生产试验和试种,等等。
利用航天技术进行农作物育种工作是一个具有中国特色的新兴研究领域,虽然从总体上来说,仍处于起步阶段,但已显示出诱人的前景,和生物技术、核技术农业应用等一样,空间技术育种将成为促进我国粮食增产,缓解粮食压力的一条有效途径。
粮食问题将是一个长期的带有根本性的战略问题,任何时候都不能有丝毫放松。而解决粮食问题必须依靠科技进步也将是长期的带有根本性,航天育种虽然是新生事物,却已显示出其活力和生命力,加上在国际上的优势和特色,应当从我国国情出发,给予必要的扶植和支持,特别是"九五"期间,要在以往工作的基础上,加强总体规划,系统统筹,精心设计,组织农业育种和航天技术两方面的精干技术队伍,基础研究和应用、开发研究相结合,宏观研究和微观研究相结合,高新技术和常规技术相结合,跨部门、跨专业团结协作,进行联合攻关,重点开展地面育种应用和机理研究及模拟试验、搭载设备研制两大方面工作。农业部门和航天部门有合作、有分工,相信在国家计委、科委的支持下,会使这一高新技术尽快地在农业生产中发展大作用,为农业上新台阶,解决我国粮食问题做出新贡献。作为农业主管部门,支持促进农业发展的科技发展,是我们义不容辞的责任,我们将精心组织技术队伍,精诚地和航天部门、航天专家们一起,共同努力,推动航天育种事业的迅速发展。航天育种前途无量!
航天育种,也称为空间诱变育种、太空育种,是指用返回式航天器和地面模拟空间环境装置,通过空间环境,包括宇宙辐射、微重力和弱地磁场等多种因素,对植物的诱变作用,使种子产生变异,再通过严格的地面选育过程,获得优良农作物品种的过程。
神舟九号与天宫一号完成载人交会对接任务,令中国航天事业再进一步。航天经济成为越来越多人关注的话题,其中,大量农作物种子随飞船上天,更预示着航天育种背后广阔的经济发展空间。
20世纪60年代种子上天
早在20世纪60年代初,前苏联及美国的科学家就开始将植物种子搭载卫星上天,在返回地面的种子中发现其染色体畸变频率有较大幅度的增加。20世纪80年代中期,美国将番茄种子送上太空。在地面试验中获得了变异的番茄。
作为世界上能发射返回式卫星和飞船的3个国家之一,1987年,我国也在发射的第9?颗返回式卫星上首次进行了将蔬菜等农作物种子搭载上天的试验。如今,在航天育种上也已拥有具有竞争性的知识和技术储备。
神奇的育种技术
航天育种技术作为一种育种手段,实际上也是诱变育种的一种,只是这种育种手段是利用空间特有条件使用作物种子或苗木的染色体发生变异,与化学诱变以及利用基因工程创造转基因作物都有很大不同。
一是太空特殊环境诱变频率高。一般来说,航天育种变异率为5%~1?0%,最高的诱变率可超出10%以上,其中有益突变率为2%~3%。
二是太空特殊的环境诱发作物种子产生的变异幅度大,多数变异性状稳定较快,有利于加快育种进程(一般四季性状就基本稳定)。
三是可出现常规育种不易出现的变异。如通过航天育种技术可培育出的株系,具有籼稻转化粳稻的特征,亚种间杂交水稻结实率高达80%以上,使创造新的遗传资源成为可能。
四是航天育种选育出来的产品不会存在安全问题。航天育种实际上是利用植物种子或组织在空间特殊条件下染色体发生断裂、基因重组而产生的性状变异,这种变异本质上只是加速了生物界需要几百、上千年的自然变异,由于没有外源基因,它与地面辐射育种和常规育
种相似,不会产生新的有害物质,其产品食用是安全的。
通过航天育种选育的种子一般具有高产、优质、抗病、抗逆、广适等特点,最大优势是缩短了品种选育时间,大约是传统育种方式所需时间的十分之一,甚至更短。另外,航天育种还创造出大批优质种质资源,比如“航椒1?号辣椒”,维生素C?含量为234?毫克,比一般辣椒提高了183%左右;“太空5?号小麦”口感好,产量超过传统品种10%以上;“太空万寿菊”花期延长,能达9?个月。
投在太空上的赌注
“虽然目前还没有产生可观的经济效益,但我认准了太空作物的前途。”山西恒穗航天育种研究中心主任李万红说。在他看来,选择太空,靠的是眼光。至今,李万红已向太空输送了四批次农作物种子。刚刚返航的神舟九号就搭载了公司16克谷子、党参、柏树和松树的种子。
将种子送到太空需要费用。因为公司是山西省科技厅主管的民办非企业单位,所以,除曾先后获得过10万元的科技经费,其他花费均靠自筹。
李万红回忆说,他的第一次太空之旅在2002年底,当年发射的是“神舟四号”飞船,搭载的是山西当地的沁州黄谷子。由此开始,李万红的航天育种工作起步。
后来,李万红通过第十八颗和第二十颗返回式科学与实验卫星,将桑树种子、中药材种子、谷子、花卉等四大类的9种植物种子送入太空。
据介绍,从太空归来的党参长势旺盛。其生长两年,相当于普通党参生长四五年。桔梗一般花色为蓝色,而上天归来的桔梗竟然开出了四株粉色花;一般为紫色的黄芩,经培育产生出蓝紫色的,并取得一株红色花植株。
“中药材选育是一个复杂的过程,只能说获得了阶段性成果,虽然很多变化令人意外和欣喜,但还需要持续选育。”李万红说。
相对于中药材,谷子育种获得了更大成果。据李万红介绍,经过多年选育,目前获得了15个品系,其中一个于2009年3月获得山西省农作物品种审定委员会认定,命名为“晋谷47号”。
“获得省级以上认定的航天育种品种的谷子,在全国只有我们这一个。”他们选育的“太空Ⅱ号”、“太空Ⅴ号”去年分别参加了山西省和国家谷子中晚熟产区区域试验,有望获得新品种的认定。
2020年11月搭乘嫦娥五号登月的40克的太空稻种,历时约23天、76万公里的“环月旅行”后,返回华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心进行种植。这也是目前国内唯一的植物航天育种国家级平台。[1]