2023年9月11日，第三十届中(zhong)国(guo)北(bei)京种业大会(hui)在北(bei)京市通州区开幕，来自22个(ge)省份的300余(yu)家种业名企参展(zhan)，包括航天(tian)育种等2300余(yu)个(ge)品种。
陈晓根(gen)摄（人民图片）
2023年10月，云南省安(an)宁市现代农业园(yuan)区玫瑰种植示范(fan)园(yuan)里一(yi)朵朵玫瑰美丽(li)绽放，它们是由曾搭乘神舟载(zai)人飞船遨游太(tai)空的种子培育而成，因此被称为“来自星星的玫瑰”。
新华社记者 胡超(chao)摄
2024年4月10日，在河南省洛阳市国(guo)际牡丹园(yuan)航天(tian)育种基地里，游客在盛开的“太(tai)空牡丹”旁游览拍(pai)照。
李卫超(chao)摄（人民图片）
2023年，刘录祥在位(wei)于河北(bei)省石家庄市的试验基地查看“航麦802”长势情况。
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种子是农业的“芯片”，小小的种子，紧密连着“国(guo)之大者”。如今，种子不仅在田野间生根(gen)发芽，更(geng)有机会(hui)遨游太(tai)空。
4月30日，神舟十七号载(zai)人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，中(zhong)国(guo)空间站第六批空间科学实验样品也随之顺利返回。本(ben)次下行返回的科学实验样品涉及23项(xiang)科学实验项(xiang)目，总重量约31.5公斤，其中(zhong)包括多种植物种子材料。在宇宙(zhou)遨游归来后，这些(xie)种子被交付科研人员用于后续研究和利用。
据悉，目前(qian)中(zhong)国(guo)已进行航天(tian)育种搭载(zai)实验3000余(yu)项(xiang)，育成主粮品种240多个(ge)，蔬(shu)菜、水果、林草、花卉新品种数百个(ge)，年增产(chan)粮食20多亿公斤，创造直(zhi)接经济效益逾千亿元。
“天(tian)选之种”“上天(tian)”“入地”
什么是航天(tian)育种？人们为什么要费力将种子送上太(tai)空？
中(zhong)国(guo)农业科学院作(zuo)物科学研究所党(dang)委书记、国(guo)家航天(tian)育种工(gong)程首席科学家刘录祥说：“航天(tian)育种也叫太(tai)空育种，是将种子等植物材料搭乘返回式卫星和载(zai)人飞船等航天(tian)器进入太(tai)空，利用空间环境的宇宙(zhou)射线、微重力、高真空等综合因素诱发种子基因变异。种子返回地面(mian)后，再选择可(ke)遗传的优良变异用于培育优质高产(chan)多抗植物新品种。”
与传统育种技术(shu)相比，航天(tian)育种最大的优势在于空间诱变材料的有益变异率高、育种周期短，可(ke)在相对(dui)较(jiao)短时间内(nei)创制(zhi)出具有高产(chan)、早熟、抗病等优良性状的种质资源。刘录祥说，对(dui)种子来说，太(tai)空就是一(yi)个(ge)超(chao)级实验室，因为它具备了(le)微重力、弱地磁(ci)、强(qiang)辐射、高真空、极洁净、超(chao)低温等极端条件。太(tai)空诱变因素多，有可(ke)能(neng)获得传统地面(mian)诱变得不到的变异，太(tai)空诱变可(ke)以诱发多种性状发生变异，育种家通过定(ding)向筛选可(ke)以获得产(chan)量或是抗病突变基因。
航天(tian)器的每一(yi)克(ke)载(zai)荷资源都(dou)很(hen)宝(bao)贵，那么，什么样的种子能(neng)踏上太(tai)空之旅呢(ne)？
种子筛选是航天(tian)育种的第一(yi)步。“‘上天(tian)’的种子都(dou)是精挑细选出来的，一(yi)般来说，被选中(zhong)的种子要具备两个(ge)条件：一(yi)是遗传稳定(ding)，二(er)是综合性状好。这些(xie)种子必须活力强(qiang)、发芽率高，这样才能(neng)确保种子在新环境下依旧蕴涵着无限的生机，以良好的状态开启(qi)这一(yi)段漫漫旅途，能(neng)够获得太(tai)空之旅资格的种子可(ke)谓是‘天(tian)选之种’。”中(zhong)国(guo)农业科学院作(zuo)物科学研究所谢永盾(dun)研究员对(dui)本(ben)报介绍说。
进入太(tai)空之后，种子的“奇(qi)幻漂(piao)流”才刚刚开始，不是每一(yi)粒种子都(dou)能(neng)被宇宙(zhou)射线击中(zhong)，不是所有被击中(zhong)的种子都(dou)能(neng)发生基因变异，也不是所有的突变都(dou)是“有益的”。因此，从太(tai)空返回的种子只(zhi)能(neng)作(zuo)为基础(chu)材料，再经过地面(mian)筛选、验证、培育，最后通过审定(ding)的种子才能(neng)叫太(tai)空种子。
想成为合格的太(tai)空种子，不仅要能(neng)“上天(tian)”，更(geng)要“入地”。从宇宙(zhou)归来的种子还需要在地面(mian)经过长时间的培育和检测，进行多轮的筛选和鉴定(ding)。在这个(ge)过程中(zhong)，研究人员既会(hui)鉴定(ding)作(zuo)物实际的生长变化，也会(hui)从基因层面(mian)去检测哪些(xie)遗传物质产(chan)生了(le)突变，然后将具有优异性状的新材料再进行育种利用，让遗传优势得以延续。
总的来说，从一(yi)颗种子“上天(tian)”，到新的品种上市，往往要经过8—10年的过程。在漫长的选育过程中(zhong)，产(chan)量、抗性、品质等每一(yi)项(xiang)都(dou)要过关。任何(he)一(yi)个(ge)环节出了(le)问题(ti)，就可(ke)能(neng)导致前(qian)功尽弃。例如，经过多年选育的种子即便是在最后一(yi)年的生产(chan)性测试中(zhong)，如果遇到某种病害流行或者极端天(tian)气等不利情况，不能(neng)有效抵抗的话(hua)，最终也会(hui)被淘汰。“大量的品系(xi)在试验的过程中(zhong)被淘汰，最终留下来的通过专业机构审定(ding)（或鉴定(ding)）的品种，才叫太(tai)空种子，比例非常小。”刘录祥说。
审定(ding)完成后，新品种才能(neng)被推广(guang)，作(zuo)为真正的太(tai)空种子在广(guang)袤的田野间生长，进而在丰收后流向百姓的日常餐桌。据介绍，航天(tian)育种材料种类丰富，既有主要农作(zuo)物、经济作(zuo)物等种子，也有不同(tong)地方(fang)特色品种和珍稀物种的种子，还有微生物菌种等。近年来，在全国(guo)航天(tian)育种协作(zuo)组(zu)和航天(tian)育种产(chan)业创新联盟推动下，一(yi)批批“希(xi)望的种子”乘着神舟飞船升空、跟着“嫦娥”航天(tian)器绕月，实现批量化航天(tian)育种。
硕果累累花香四(si)溢(yi)
在中(zhong)国(guo)农业科学院作(zuo)物科学研究所的展(zhan)厅里，一(yi)个(ge)个(ge)透明容器里盛放着各类太(tai)空种子，截至目前(qian)，该所已经育成了(le)“航麦247”“航麦2566”“航麦287”“航麦501”“航麦3290”“航麦802”“航麦106”“航麦818”“鲁(lu)原(yuan)502”等多个(ge)小麦太(tai)空品种，通过与种子企业联合实现了(le)产(chan)业化应用，产(chan)生了(le)显著的社会(hui)经济效益。
“鲁(lu)原(yuan)502”是由中(zhong)国(guo)农业科学院作(zuo)物科学研究所和山东省农业科学院原(yuan)子能(neng)农业应用研究所合作(zuo)选育的高产(chan)优质小麦品种，也是目前(qian)中(zhong)国(guo)航天(tian)育种中(zhong)单一(yi)品种累计推广(guang)面(mian)积最大的农作(zuo)物品种。“‘鲁(lu)原(yuan)502’解决了(le)小麦重穗型(xing)品种易(yi)倒伏的难题(ti)，已成为全国(guo)主导品种，累计推广(guang)1亿亩。”刘录祥说。
还有2021年通过河北(bei)省审定(ding)的高产(chan)优质面(mian)条小麦品种“航麦802”，耐(nai)盐性和综合抗病性突出，适应性强(qiang)。“航麦802”还具有良好的耐(nai)迟播能(neng)力，2022年秋，在迟播一(yi)个(ge)月的情况下，它的亩产(chan)达到500公斤以上。经过实践的检验，“航麦802”还展(zhan)现出了(le)极强(qiang)的广(guang)适性、耐(nai)盐性和综合抗病性，在高产(chan)的同(tong)时也保证了(le)粮食品质。
在安(an)徽省阜阳市颍泉区伍明镇彭庄村的田野里，放眼望去，这里种植的小麦品种中(zhong)，就有“阜航麦1号”，种植的农户表示，整个(ge)生长周期里，麦苗抗寒性好，成穗率高，抗病性很(hen)不错，亩产(chan)收获高，大家都(dou)很(hen)有种植的积极性。
“阜航麦1号”就是航天(tian)育种的成果。2013年初，中(zhong)国(guo)载(zai)人航天(tian)工(gong)程办公室与阜阳市达成合作(zuo)，阜阳市农业科学院将100克(ke)自主培育的省审小麦品种阜麦8号种子经由神舟十号飞船搭载(zai)送入太(tai)空，进行长达15天(tian)的太(tai)空遨游。2013年6月，种子返回地面(mian)后，阜阳市农业科学院集中(zhong)优势科研力量，进行田间筛选与鉴定(ding)工(gong)作(zuo)。经过数年的选育、试验工(gong)作(zuo)，2016年6月，阜阳市农业科学院从众多小麦穗系(xi)中(zhong)鉴定(ding)出一(yi)个(ge)优异品系(xi)，定(ding)名为“阜航麦1号”。2021年1月，“阜航麦1号”正式获得安(an)徽省农作(zuo)物新品种审定(ding)证书，成为安(an)徽省首个(ge)利用航天(tian)诱变技术(shu)自主育成的小麦新品种。
“2023年秋种，‘阜航麦1号’在安(an)徽、河南、江苏累计推广(guang)面(mian)积达40万亩，与此同(tong)时，我们也在积极加强(qiang)对(dui)配套高产(chan)栽培技术(shu)的研究，更(geng)好促(cu)进小麦丰收。”阜阳市农业科学院小麦研发中(zhong)心主任冯家春对(dui)本(ben)报介绍。
除了(le)百姓们的餐桌，太(tai)空作(zuo)物早已进入大家的日常生活，比如平日里经常见到的鲜(xian)花，其种子就可(ke)能(neng)曾有过“飞天(tian)”的经历(li)。
近日，一(yi)家名为“新航天(tian)星空实验室”的淘宝(bao)店铺吸引了(le)大家的注意，店里销售的正是遨游过宇宙(zhou)的花种。“延丹1号”球茎是首批上线的品种，其育种鲜(xian)花原(yuan)型(xing)是山丹丹，原(yuan)本(ben)种植于陕西延安(an)一(yi)带。在太(tai)空环境及其高真空、微重力及宇宙(zhou)辐射等作(zuo)用的影响下，一(yi)些(xie)变化悄(qiao)然发生。经过一(yi)系(xi)列选育培育工(gong)作(zuo)后的花朵有了(le)更(geng)强(qiang)的耐(nai)受性，即便是连月的阴雨天(tian)，或是酸碱性土壤，都(dou)不会(hui)影响它绽放出艳丽(li)的花朵，不仅如此，“延丹1号”的花期也变得更(geng)长，花香更(geng)加四(si)溢(yi)。
如今，这一(yi)从太(tai)空归来的鲜(xian)花品种正陆续从延安(an)山丹丹标准化生产(chan)示范(fan)区“飞”入千家万户，上架不到2天(tian)，首批产(chan)品便已售罄。据悉，后续还会(hui)有新品种陆续亮相电商平台，让更(geng)多人体(ti)验到种植太(tai)空花朵的乐趣。
“从粮食作(zuo)物、蔬(shu)菜水果到花卉牧草等，航天(tian)育种的一(yi)大批新品种已走(zou)入市场、走(zou)上餐桌，进入日常生活。”刘录祥介绍，中(zhong)国(guo)先(xian)后利用各类航天(tian)器，搭载(zai)植物种子、菌种、试管苗等，从小麦、水稻、玉米、大豆、油菜、花生、棉花等主要粮棉油作(zuo)物，以及番茄、辣椒(jiao)、黄瓜等园(yuan)艺作(zuo)物中(zhong)，育成和应用了(le)一(yi)系(xi)列新品种，在牧草、林木、花卉等领域也有一(yi)定(ding)规模的推广(guang)应用。
助推太(tai)空经济
从1987年中(zhong)国(guo)第九颗返回式卫星首次搭载(zai)农作(zuo)物种子飞向太(tai)空至今，中(zhong)国(guo)航天(tian)育种已走(zou)过30余(yu)年。这么多年来，中(zhong)国(guo)航天(tian)育种为人类丰富种质资源和种子创新贡献了(le)重要智(zhi)慧成果。
刘录祥介绍，2006年9月中(zhong)国(guo)“实践八号”卫星成功发射，是全世(shi)界第一(yi)颗专门用于农业育种目的而发射的返回式卫星，堪称“种子专列”，该卫星搭载(zai)了(le)水稻、小麦、玉米、棉麻纤维、油料作(zuo)物、蔬(shu)菜作(zuo)物、林果花卉、微生物菌种和小杂粮等2000多份、200多千克(ke)的种子材料和机理研究装备，为中(zhong)国(guo)育种研究工(gong)作(zuo)贡献了(le)丰富资源。
载(zai)人航天(tian)工(gong)程实施以来，历(li)次飞行任务都(dou)安(an)排了(le)农作(zuo)物种子搭载(zai)实验。近年来，中(zhong)国(guo)在空间诱变机理机制(zhi)的基础(chu)研究领域获得重要进展(zhan)，在种质资源创新、育成品种数量、新品种推广(guang)面(mian)积等方(fang)面(mian)均有突出表现。
“在国(guo)际原(yuan)子能(neng)机构整个(ge)诱变育种的数据库中(zhong)，总共登录有3400多个(ge)突变品种，其中(zhong)来自中(zhong)国(guo)选育出的品种大约占1/3，航天(tian)育种功不可(ke)没。”刘录祥说，“另外，中(zhong)国(guo)十分(fen)重视(shi)国(guo)际合作(zuo)交流，积极地和多个(ge)国(guo)家开展(zhan)合作(zuo)，通过开设培训班等方(fang)式，分(fen)享成功经验。”
不仅如此，航天(tian)育种仍在大步向前(qian)，快(kuai)速发展(zhan)。
在技术(shu)层面(mian)，诱变和筛选是两个(ge)十分(fen)重要的技术(shu)环节。谢永盾(dun)谈起育种技术(shu)的新突破：“比如现在我们要改变某个(ge)单一(yi)性状的时候，就可(ke)以从基因型(xing)和表型(xing)等方(fang)面(mian)进行定(ding)向筛选，但我们以前(qian)在面(mian)对(dui)一(yi)个(ge)比较(jiao)宽阔的选择面(mian)时，只(zhi)能(neng)依靠概率。”
“随着科技的发展(zhan)，我们通过高通量组(zu)学技术(shu)就能(neng)够快(kuai)速发现有益变异位(wei)点，更(geng)方(fang)便地了(le)解什么性状发生了(le)变化。”谢永盾(dun)说，在过去，想要知道种子在“上天(tian)”之后发生了(le)哪些(xie)不同(tong)，还得经过更(geng)长时间的检验，在一(yi)代又一(yi)代的种植和比较(jiao)下才能(neng)确认。但现在，随着筛选技术(shu)日渐成熟，种子在回归地面(mian)后就可(ke)以先(xian)被“验明身份”，为后续的育种利用提(ti)前(qian)打下基础(chu)。
关于航天(tian)育种的发展(zhan)前(qian)景(jing)，刘录祥认为：“育种家可(ke)以通过开发空间辐射生物学舱外暴(bao)露(lu)装备与技术(shu)，开展(zhan)真正意义上的太(tai)空诱变育种，构建基于空间站的航天(tian)育种新体(ti)系(xi)。我们可(ke)以精准设计和深度解析航天(tian)诱变机理，同(tong)时还可(ke)以开展(zhan)航天(tian)育种关键技术(shu)及重大基因诱变发掘与性状整合，开发多样化的新品种，引领种业创新，打造‘航天(tian)生物+新业态’，助推太(tai)空经济发展(zhan)。”（叶晓楠 胡晓晓 刘雨馨）
《 人民日报海外版 》（ 2024年05月22日 第06 版）
责(ze)编：王陈逍遥、卢(lu)思宇