為啥要讓種子“上天”?與地面育種相比有何優勢?居然是為了這

2020年5月5日18時00分,為我國載人空間站工程研製的長征五號B運載火箭,搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,在我國文昌航天發射場點火升空。

為啥要讓種子“上天”?與地面育種相比有何優勢?居然是為了這

約488秒後,載荷組合體與火箭成功分離,進入預定軌道,首飛任務取得圓滿成功,實現空間站階段飛行任務首戰告捷,拉開我國載人航天工程“第三步”任務序幕。

來自淄博的40餘種蔬菜、中草藥種子及微生物物種,有幸隨著長征五號B運載火箭共同進行一次太空之旅。

這批種子為何能夠飛上太空?

它們在太空中會有怎樣的奇妙旅程?

返回地面後又將面臨何種命運?

5月6日,新時報記者採訪了運作這批種子上天的山東天鷹生物科技有限公司負責人張海顯,他向我們揭開太空種子的“神秘面紗”。

山東蔬菜種子“上天”了

1月20日,位於北京的中國空間技術研究院內,來自山東淄博的芹菜、西紅柿、韭菜、胡蘿蔔、姜蒜等40餘種蔬菜種子,以及一些中草藥材種子和一種微生物菌劑,在經過複雜的處理程式後,被裝入太空艙內,等待著發射的那一刻。

5月5日18時,長征五號B運載火箭,搭載新一代載人飛船試驗船和柔性充氣式貨物返回艙試驗艙,在文昌航天發射場成功首飛。這批來自淄博的種子,也跟隨火箭一起衝向太空。

為啥要讓種子“上天”?與地面育種相比有何優勢?居然是為了這

此次上太空的農作物種子 受訪者供圖

張海顯激動的心情久久難以平復。

這批種子來自山東天鷹生物科技有限公司,這是一家主要研發微生物肥料、微生物菌劑、生物有機肥等農作物領域的公司,也是山東較早開展航天育種的企業之一,總部位於淄博市張店區。

7年之前,該公司就與“航天育種”專案結緣。“我們和空間技術研究院有多年合作了,2013年‘神舟10號’發射時,我們曾將三個品種的彩色苗木幼苗送上太空,希望創造出新品種,填補國內彩色植物品種的市場空白;2016年,我們又將3個食用菌品種搭載著‘實踐十號’上了天。”張海顯告訴新時報記者,這些年公司先後跟俄羅斯、烏克蘭、日本等國家的科學院進行合作,將國內外航天生物技術消化落地,研發出“天鷹微生物”菌劑等系列前沿產品,在國內廣泛應用於蔬菜、糧食、水果、中草藥、花卉苗木、食用菌等領域,可以替代農藥實現作物種植“零農殘”。在此成功基礎上,公司又看到了航天育種作為一種新的高科技育種方式的巨大發展潛力,準備拓展為新的業務領域,讓農民將來用上太空種子實現增產增收,同時具有非常大的社會價值和社會效益。

那麼,究竟何謂“航天育種”呢?

簡單來說,就是利用太空物理環境和地面的差異,如微重力、宇宙輻射、重粒子、弱磁場、高真空等作為誘變因子,使地面生物產生基因突變,藉以實現品種最佳化的一種先進育種育苗方式。古老的農業與先進航天技術連線在一起,不免給航天育種蒙上一層神秘面紗。“航天育種其實並不神秘,目前很多航天品種的果蔬、苗木都已經推向市場了,這是未來農作物發展的新趨勢,能提高作物的產品和質量,加快傳統農業轉型升級。”張海顯表示。

為啥要讓種子“上天”?與地面育種相比有何優勢?居然是為了這

中國空間技術研究院正在研發的航天品種

“上天”僅是蛻變第一步

為啥要讓種子“上天”?與地面育種相比有何優勢?

張海顯分析說,與常規育種相比,航天育種誘變的手段不同,種子在外太空溜達一圈,歷經太空特殊的、地面無法模擬的環境的誘變作用,會實現基因突變有可能成為“超級種子”,如出現高產、優質、早熟、抗病力強等優良效能。相反,由於億萬年來植物的形態、生理和進化始終受地球環境的影響,在自然條件下種子基因突變機率要低得多,一些科研人員試圖利用實驗室環境進行人工誘變,但應用效果也不理想。“所以,之前科學家窮極一生都難以突破的新品種繁育問題,藉助一趟‘太空之旅’,就有可能獲得重大突破。”

不過,種子“上天”僅是蛻變的第一步。首先,不是每顆種子都會發生變異,其誘變率一般為百分之幾甚至千分之幾。另外,進入太空的作物種子、幼苗、微生物的變化是隨機性的,基因變異並非只會朝向好的方面,也經常會出現至死、畸形等不良性狀。“經過飛船搭載回來後的種子,將開始進行地面培育,將沒變化和變壞的篩選掉,對變好的種子進行二代、三代季繁培育,航天育種培育出來的農作物會發生性狀上的改變,顏色、個頭、抗病蟲害、產量等方面均會出現不同的變化,等到性狀穩定後,便可以申請作物新品種了。”張海顯解釋說,返回地面後才是真正考驗種子的時候,從地面培育、篩選、試種到大規模推向市場,這一過程至少要經過三四年的時間。儘管如此,航天育種依舊大大縮短了育種週期,正常的農業育種一般需要七八年時間,航天育種將時間縮短至一半。

為啥要讓種子“上天”?與地面育種相比有何優勢?居然是為了這

中國空間技術研究院正在研發的航天品種

打造山東航空育種基地

回溯歷史,我國航天育種已有30多年程序。1987年8月5日,隨著我國第九顆返回式科學試驗衛星的成功發射,一批水稻和青椒等農作物種子被送向了遙遙天際,這是我國農作物種子的首次太空之旅。後來,在“國家863高科技計劃”的推動下,我國航天育種技術取得令人矚目的成績。2018年12月資料顯示,經過國家級和省級審定的航天育種新品種超過200個,航天育種培育的小麥、水稻、玉米、大豆、棉花和番茄、辣椒等園藝作物新品種,累計推廣種植面積超過240萬公頃,增產糧食約13億公斤,創造直接經濟效益2000多億元。“過去幾年我國載人航天技術發展迅猛,大大縮短了‘上天’的週期,運載成本也降低了,為航天育種搭建了堅實的基礎。”張海顯表示。

關於航天育種產品,大多數人第一時間想到的就是“高大壯”,比如一根1米長的豇豆,300多斤重的南瓜,比普通品種大6倍的辣椒……因此,也有很多人不放心,這些東西敢吃嗎?其實,關於食用航天食品的安全性,1981年國際糧農組織、國際衛生組織和國際原子能機構就對航天育種安全性做過認定,認為完全達到規定指標要求,不存在安全問題,對人體沒有威脅,可以放心食用。“

航天育種沒有基因的增加和減少,僅僅是作物種子或者幼苗受到外太空環境的影響,出現基因排列順序重組的現象。

明白這個道理以後,像胳膊一樣粗的黃瓜,如籃球一般大的茄子,都可以安全放心食用了。”張海顯解釋說。

按照計劃,在太空遨遊一圈的種子將“紮根落戶”淄博,開啟航天育種育苗應用試驗的後續階段。接下來,山東天鷹生物科技有限公司還有一個宏大的構想:打造山東首家航天育種育苗基地。“從春節之後我們就開始著手打造育種基地,前期我們已經透過各種渠道積累了一批太空種子,等這一批新的種子返回,公司就會進行育種試驗階段,前期預計需要三年時間。希望透過基地的打造,為山東乃至全國作物新品種的突破上貢獻力量。”張海顯表示。