空间诱变下的“神秘”种子

赵 靓

中国农业博物馆馆藏“实践八号”育种卫星返回舱

2021年6月17日，神舟十二号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，同时飞入太空的还有舱内搭载的植物种子。这些去太空“旅游”一圈的种子看似神秘，其实在它们返回地面后，会被科研人员接回实验室，用于后续的育种工作，选择培育创造新的优良品种。

科研人员让种子上太空“旅游”的工作，被称作是空间诱变育种，也叫太空育种、航天育种。这种育种方式是将精心选择过的植物材料搭载上太空，植物材料在空间辐射、微重力、超真空、交变磁场、飞行器的机械运动等多种诱变因子的综合作用下，产生很多有益的遗传变异，再经回到地面后的繁殖、栽培和测试，筛选新种质，培育新品种。大量的实践研究证明，空间诱变技术可以充分利用太空的独特条件，创造出地面难以模拟的环境，获得普通育种方式难以得到且具有重要经济价值的罕见突变，创造出新的种质资源。

与其他的育种方式相比，空间诱变育种具有很明显的突出特点。第一，空间诱变育种的诱变效率非常高，可以产生很大的变异幅度，并且有益变异多，为后续的育种工作提供更大的选择空间；第二，发生变异的性状能够很快地稳定下来，一般经过四代的播种或无性繁殖后即可稳定。但是空间诱变育种依旧具有不定向性，变异方向很难进行有效的预测和控制。

对于这样一种“神秘”的育种方式，农作物的食品安全问题成为社会大众更为关注的话题。可以肯定的是，空间诱变育种是安全的。根据《中国国家生物安全框架》，只对现代生物技术即转基因进行生物安全性的风险评估和风险管理，而现代生物技术不包括“化学和物理诱变技术”。空间诱变育种在太空中受到辐射的剂量甚至比物理诱变辐射的剂量还要少，仅相当于一名核辐射从业人员一年吸收的核辐射安全累计量的1/10，因此这种育种方式是非常安全的。另外，与转基因相比，这种育种方式是诱导农作物自身发生变异，而转基因是外源基因的导入，所以空间诱变育种不存在类似转基因的生物安全问题。

空间诱变育种看似是一项“神秘”的技术，其实早在20世纪60年代初，苏联科学家便开始了对拟南芥进行全过程的太空搭载试验，由此揭开了空间诱变育种的序幕。之后，美国、德国等也陆续开展了太空搭载植物的试验，探索太空环境对植物生长产生的影响。20世纪80年代中期，美国的飞船搭载了番茄的种子飞上太空，成功育成了无毒并且可食用的番茄品种，这是空间诱变育种研究历史上首例真正意义上的落地成果。1994年，俄罗斯开始与美国宇航局合作，在“和平号”空间站先后进行了多次太空试验，成功地在空间站种植出小麦、白菜以及油菜等植物品种，取得了举世瞩目的进展。进入21世纪，美、日、西欧已将太空植物的培育作为重点发展项目，美、俄两国已先后培育出百余种太空植物，其中包括萝卜、甘蓝、番茄 、莴苣、黄瓜、甜菜、马铃薯、洋葱等蔬菜。

我国也是世界上最早开展空间诱变育种研究的国家之一，在研究技术和产业化成果等方面，无论是深度和广度，均居世界领先水平。我国的空间生命科学试验始于20世纪60年代，从1964年到1966年，我国先后发射了5枚生物探测火箭，对小白鼠、狗以及其他生物样品进行试验，为我国空间生物科学研究迈出了具有历史意义的第一步。1987年8月5日，我国发射的第9颗返回式卫星首次尝试将小麦、辣椒、水稻等种子搭载升空。

近年来，我国航天事业和现代农业发展迅猛，为空间诱变育种的深入研究创造了有利条件，空间诱变育种技术逐渐卸下“神秘”的外衣。经过30多年的研究，我国空间诱变育种产业已经取得了非常丰硕的成果，先后搭载过水稻、玉米、小麦等粮食作物的种子，红景天、铁皮石斛、五味子等草药的种子，紫花苜蓿、胡枝子、白三叶等牧草的种子，茄子、南瓜、辣椒等蔬菜的种子，串红、红莲、牵牛等花卉的种子，红豆杉等树木的种子。空间诱变育种的研究成果也已经走进了千家万户，让每个人都享受到了“神秘”太空带给我们的“惊喜”果实。截至2018年，我国通过空间诱变育种培育的作物，累计推广种植面积超过240万公顷，增产粮食约13亿公斤，创造直接经济效益高达2000多亿元。

空间诱变育种除了能让我们品尝到空间诱变育种所育成的食物，还能让我们近距离地感受到空间诱变育种的“神秘”魅力的，是一件收藏于中国农业博物馆的珍贵藏品——“实践八号”育种卫星返回舱。返回舱的最大直径约1米，高约1.5米，底大头小，形似羽毛球。返回舱的表面还有在返回地球时隔热层被大气层摩擦后灼烧的痕迹。

这颗卫星于2006年9月9日下午3时，在酒泉卫星发射中心被长征二号丙运载火箭成功送入预定轨道，返回舱内搭载了精心选择的粮、棉、油、蔬菜、林果花卉等9大类约215公斤，共计2020份农作物种子和微生物等材料。2006年9月24日，在近地轨道上运行355小时、900多万公里后，“实践八号”育种卫星返回舱准确落入四川遂宁预定回收区域。

返回舱回收后，携带上太空的试验材料随即被运抵北京进行审验，之后交由农业专家进行地面育种研究。这些试验材料产生了很多有益的遗传变异，比如更加鲜艳的瓜叶菊、维生素C含量更高的太空黄瓜、产量更高的太空柿子椒等。“实践八号”育种卫星是我国首颗专门用于空间诱变育种研究的返回式科学技术试验卫星，有效地带动了我国空间诱变育种技术的新品种选育与示范工作。

先进的太空航天技术为快速培育优良品种及特异种质资源开辟了一条新途径，为人类进入太空农业时代展示了美好的前景。近年来，空间诱变育种技术已经从科研阶段转移到产业化阶段，空间诱变育种成果逐渐成熟、经济价值逐渐显现、产业发展初具规模，新品种的选育、示范基地的建设、产业的融合推广等方面均取得了显著成效，有效地提高了农业生产力水平，增加了农民收入。在未来的育种工作中，空间诱变育种技术将持续在创新种质资源、培育优良品种、保障粮食安全、促进农业现代化发展、提升我国在国际市场的竞争力等方面发挥巨大的作用。