上天入地,太空种子如何变身?

本刊综合

茄子像南瓜，南瓜磨盘大，豆角几尺长，甜椒大如梨……

这些不是转基因蔬菜，而是通过航天育种得到的新品种。航天育种，又称太空育种，说到太空育种，很多人都觉得很遥远，对太空育种的认识也仅仅停留在把种子带上天再带回来，这样一来作物就能丰产，果实就能变大。其实不然，种子“太空旅行”只是第一步，种子们“既要上天，也要入地”，需要历经层层考核和选拔才能顺利过关。

2021年12月9日 15：40，天宫课堂开讲。“太空出差三人组”翟志刚、王亚平、叶光富在空间站授课。他们授课的项目中，“太空细胞学研究实验展示”引起了网友们的大猜想。有网友说，“植物由细胞构成，要是研究实验成功，航天员们是不是可以在空间站种蔬菜自力更生了。”

事实上，此前 “神舟”系列飞船曾多次搭载各类种质资源上天，进行太空育种。此次神舟十三号飞船在前往中国空间站的时候，也带了不少种子一同上天。那么，太空育种容易吗？种子在太空中会发生怎样的变化？我国又有着怎样的太空育种历史呢？

太空“出差”，育种是任务之一

神舟十三号航天员乘组“出差”太空，要进行类型多样的科学研究和实验，其中有一项就是太空育种。

太空育种一直是航天任务之一，神舟系列飞船曾多次携带着各类植物种子一起上天。这次的神舟十三号也不例外，与三名航天员一起飞往中国空间站的还有陕西的鸡腰白豆子、子洲黄芪、樟子松，甘肃的天水元帅系苹果、四川的“川恢 970”水稻，黑龙江的甜瓜、白菜、板蓝根等种类，粮食、蔬菜、瓜果、花卉、树木、药草等都有涉及。

这些种子抵达了空间站，也就进入了微重力、超洁净、高真空的环境，而且会受到宇宙高能离子辐射、宇宙磁场等因素影响。“太空中的辐射比较复杂，有很多人类暂时无法制造出的宇宙射线，对植物细胞中的基因会有诱变作用。”据江苏省农业科学院粮食作物研究所研究员吕川根博士介绍，太空育种与在地面上进行的辐射育种原理相似，只不过利用太空特殊的环境进行育种，可以更快、更多地让染色体发生基因突变，使得这些种子回到地面后，有更高的几率发现有利变异，也可能会获得在重力环境下诱变育种难以得到的有用性状。

像开盲盒，上过天不一定全是惊喜

种子们“既要上天，也要入地”，需要历经层层考核与选拔，也并不是所有的种子都能够有机会“遨游太空”，只有果实饱满、活力好且遗传稳定性高的种子才能获得进入太空的入场券。

而在太空飞行过程中，只有被宇宙射线击中且发生基因改变的种子返回地面后才能够进入下一轮考核。然而在浩瀚的太空中，并非每一粒种子都能被宇宙射线击中，也不是所有被击中的种子都能发生基因变异。因此，太空育種的工作充满了未知，可以说是挑战与惊喜并存。

经过太空辐射后的种子，能直接使用的非常少。只有符合育种目标且可以遗传的性状，才是有用的变异。而且，这些种子长期适应了地球环境，在太空中受到宇宙辐射之后，会一定程度上杀伤细胞，甚至是破坏染色体。细胞受损还可以通过营养吸附进行修复，但染色体受伤了就很难修复，因此，只有很少一部分种子能进行选育。

由于基因突变存在不确定性，常常会出现正向突变和负向突变同时存在的情况，这时候就需要通过杂交转育的手段，将优异的性状进行转移，再通过培育形成新品种。

那么，哪些基因突变比较常见呢？从遗传学角度来说，单基因控制的性状发生变异较为常见，比如株高、生育期、果形等，就像我们常见的太空辣椒、太空南瓜，长得要比通常的品种大得多。而产量、品质这样的性状是综合因素造成的，是由多基因控制的系统，要想全部发生正向突变，概率非常低。

太空育种，探索从未停歇

太空育种早有发展。从20世纪70年代开始，就有相关科学家利用太空飞船把各种农作物种子带入外太空。

而在21世纪初，美国威斯康星大学空间实验室开始进行太空育种实验。他们第一个选择的是很浪漫的玫瑰，希望把玫瑰带上天，能够获得玫瑰油含量变高的玫瑰变异种，同时也带了经济作物大豆，目的是希望让大豆增加产量。

而俄罗斯把做圣诞树用的松树带上了外太空，实验结果证明，从外太空带回来的圣诞树变得非常高大。

可以看得出，太空环境让农作物内部产生结构和染色体的变化，从而选择培育出综合性更加优质突出的农作物新品种。

我国自1987年首次开展水稻等农作物种子太空育种，至今已有35年。那时全国共有23个省市70多家单位共同参与太空育种，利用了返回式卫星先后装载了70多种植物，进行了十多次育种实验。

那么关于我国，太空育种又发展到了什么程度呢？

在我国太空育种实验中，曾成功培育出航育1号水稻，这种水稻比普通的水稻生长周期短，产量又增大了5%～10%。而后来培育出的“华航一号”水稻成为我国首个通过国家农作物品种审定的“太空新品种”，目前该品种再繁育、具备丰产、抗稻瘟病、矮秆等种质的新水稻品种已达42个;高产小麦新品种“鲁原502”累计推广面积超1亿亩，成为我国三大主推小麦品种之一;“II优航1号”成为全国首个百亩亩产突破900公斤的“超级稻”;神舟三号搭载的牧草苜蓿育成的新品种高产多叶、蛋白含量高，填补了我国优质牧草品种的空白……

35年来，我国已经先后30余次利用返回式卫星、神舟飞船等航天器开展航天育种，培育出了700余种航天品种作物，其中包括粮食、蔬菜、水果、花卉、林木、中草药、微生物新菌种等等。据官方数据显示，我国太空育种作物种植总面积超过240万公顷，生产了130多万吨食品。

可以说，在太空育种的路上，我们从未停歇。不管是空间诱变机理的研究，还是航天育种的育成品种和推广应用，都一直处于世界领先水平。