航天育種與普通良種有什么不同？

【專家解說(shuō)】：轉(zhuǎn)載 伴隨著“神六”即將升空的熱潮，與航天相關(guān)的知識(shí)成為人們討論的焦點(diǎn)話題?！昂教煊N”這個(gè)不算新但科技含量極高、關(guān)系到農(nóng)業(yè)和人們生活質(zhì)量的話題再次成為讀者關(guān)注的熱點(diǎn)。種子是怎樣上天的？在太空是怎樣變異的？種子是不是從天上一下來(lái)，就變大變好了？“航天育種”長(zhǎng)出來(lái)的作物與普通的品種作物到底有什么不同？這樣的作物人類食用后安全嗎？會(huì)不會(huì)像轉(zhuǎn)基因食品那樣引起爭(zhēng)議？…… 　　帶著這些疑惑，本報(bào)記者采訪了中國(guó)農(nóng)科院作物科學(xué)所航天育種中心主任劉錄祥研究員，為您一一揭開“航天育種”背后深藏的科技之謎。 　　———太空育種緣何起——— 　　與劉錄祥剛剛見面，他便開門見山地說(shuō)：“我并沒有天天吃太空蔬菜和米面?！? 　　“我吃過(guò)的太空食品主要是太空青椒等蔬菜類。太空椒看上去外型不好看，皺巴巴的，但吃起來(lái)脆甜。”劉錄祥說(shuō)，航天育種的靈感來(lái)自偶然。1987年，隨著“轟隆”一聲，帶著農(nóng)墾58號(hào)水稻和青椒等種子的我國(guó)第九顆返回式衛(wèi)星飛向了遙遙天際。這是我國(guó)作物種子第一次的太空之旅。當(dāng)時(shí)一個(gè)參與此項(xiàng)研究的專家事后告訴劉錄祥，“那時(shí)下來(lái)的仍將是小麥種子，還是合成面粉，誰(shuí)都不知道?！碑?dāng)時(shí)，搭載種子的目的并不是想育種，只是想看看對(duì)植物遺傳是否有影響。但是，專家們無(wú)意間發(fā)現(xiàn)，上天的種子發(fā)生了一些意外變異。這時(shí)，專家開始考慮能否通過(guò)這種方式育種。 　　———太空種子咋培育——— 　　階段一：種子篩選 　　劉錄祥研究員說(shuō)，良種在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中舉足輕重，其作用達(dá)30％左右，航天育種就是航天技術(shù)與農(nóng)業(yè)育種技術(shù)、生物技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是綜合了宇航、遺傳、輻射、育種等跨學(xué)科的高新技術(shù)?！胺N子篩選是航天育種的第一步，這一程序非常嚴(yán)格，需要專業(yè)技術(shù)。帶上太空的種子必須是遺傳性穩(wěn)定、綜合性狀好的種子，這樣才能保證太空育種的意義?！眲浵檠芯繂T告訴記者，“在把篩選出的種子帶上太空之前，研究人員還要在地面留下相關(guān)對(duì)照，之后，與從太空帶回來(lái)的種子同時(shí)種植，平行進(jìn)行，這樣才能進(jìn)行外觀、抗病等不同性狀的對(duì)比?！? 　　階段二：天上誘變 　　利用衛(wèi)星和飛船等太空飛行器將植物種子帶上太空，再利用其特有的太空環(huán)境條件，如宇宙射線、微重力、高真空、弱地磁場(chǎng)等因素對(duì)植物的誘變作用產(chǎn)生各種基因變異，再返回地面選育出植物的新種質(zhì)、新材料、新品種。 　　但是劉錄祥研究員指出：“誘變表現(xiàn)得十分隨機(jī)，在一定程度上是不可預(yù)見的。航天育種不是每顆種子都會(huì)發(fā)生基因誘變，其誘變率一般為百分之幾甚至千分之幾，而有益的基因變異僅是千分之三左右。即便是同一種作物，不同的品種，搭載同一顆衛(wèi)星或不同衛(wèi)星，其結(jié)果也可能有所不同，這在一定程度上說(shuō)明太空環(huán)境的復(fù)雜性和太空育種的局限性。航天育種是一個(gè)育種研究過(guò)程，種子搭載只是走完萬(wàn)里長(zhǎng)征一小步，不是一上去就‘變大’，整個(gè)研究最繁重和最重要的工作是在后續(xù)的地面上完成的?！? 　　階段三：地下攻堅(jiān) 　　劉錄祥研究員解釋到，由于這些種子的變化是分子層面的，想分清哪些是我們需要的，必須先將它們統(tǒng)統(tǒng)播種下去，一般從第二代開始篩選突變單株，然后將選出的種子再播種、篩選，讓它們自交繁殖，如此繁育三四代后，才有可能獲得遺傳性狀穩(wěn)定的優(yōu)良突變系，期間還要進(jìn)行品系鑒定、區(qū)域化試驗(yàn)等。這樣，每撥太空遨游過(guò)的種子都要經(jīng)過(guò)連續(xù)幾年的篩選鑒定，其中的優(yōu)系再經(jīng)過(guò)考驗(yàn)和農(nóng)作物品種審定委員會(huì)的審定才能稱其為真正的“太空種子”。這項(xiàng)工作是一項(xiàng)長(zhǎng)期、艱辛而嚴(yán)肅的科學(xué)研究工作；它不像農(nóng)民種地那么簡(jiǎn)單，而是涉及細(xì)胞學(xué)、遺傳學(xué)、分子生物學(xué)等多學(xué)科領(lǐng)域；不僅是應(yīng)用基礎(chǔ)研究，也是探尋航天育種機(jī)理的基礎(chǔ)研究所必須的。 　　———太空種子怎么樣——— 　　太空食品很安全 　　“大家擔(dān)憂太空食品的安全性，主要是受20世紀(jì)90年代以來(lái)人們對(duì)轉(zhuǎn)基因食品過(guò)度關(guān)心引起的，其實(shí)這個(gè)擔(dān)心是多余的?！眲浵楦嬖V記者，太空食品的安全性不存在問題。因?yàn)楹教煊N并沒有經(jīng)過(guò)人為方法將外源基因?qū)胱魑镏惺怪a(chǎn)生變異，作為一種誘變技術(shù)，它使作物本身染色體產(chǎn)生缺失、重復(fù)、易位、倒置等基因突變。這種變異本質(zhì)上與自然界普遍存在的自然變異沒有區(qū)別，只是加速了生物界需要幾十年甚至上百年的自然變異過(guò)程，不存在安全問題。而且國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)、國(guó)際衛(wèi)生組織、國(guó)際糧農(nóng)組織已聯(lián)合認(rèn)定，利用物理的、化學(xué)的等人工誘變技術(shù)培育的作物品種的安全性是毫無(wú)疑問的，完全達(dá)到規(guī)定指標(biāo)要求，是可以讓人放心的安全種子。 　　航天種子好處多 　　劉錄祥說(shuō)，太空育種與傳統(tǒng)的地面誘變育種種相比具有突變多、變異大、穩(wěn)定快等特點(diǎn)，是培育高產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、早熟、抗病農(nóng)作物新品種、新種質(zhì)資源的新途徑，是綜合了宇航、遺傳、輻射、育種等跨學(xué)科的高新技術(shù)。 　　通過(guò)大量的試驗(yàn)表明，經(jīng)過(guò)太空物理環(huán)境的綜合作用，植物發(fā)生的主要變異性狀主要有株高變異、株形變異、穗形變異、粒形變異、營(yíng)養(yǎng)成分變異、分蘗變異、生育期變異、抗性變異等。 　　■鏈接 　　種子進(jìn)太空僅僅是為了接受輻照？ 　　劉錄祥說(shuō)，用傳統(tǒng)的原子核輻射處理種子，一般能夠獲得3‰—5‰的有益突變頻率，也即1000顆被處理的種子中只有3到5顆發(fā)生的變化會(huì)使它們對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有益；而航天育種獲得的數(shù)字能夠達(dá)到3%—5%。 　　航天育種研究也在進(jìn)行地面試驗(yàn)，為的是探知空間環(huán)境主要因素對(duì)種子突變的機(jī)理，并且取得了進(jìn)展。那么，如果種子進(jìn)太空僅僅是為了接受輻照，這個(gè)領(lǐng)域的研究是不是可以完全在地面上進(jìn)行了？劉錄祥說(shuō)，空間環(huán)境是復(fù)雜的，既有宇宙輻射，也有微重力、弱地磁場(chǎng)等因素，它們共同對(duì)植物種子的誘變產(chǎn)生作用。目前國(guó)際范圍內(nèi)尚難以做到對(duì)空間環(huán)境因素的真實(shí)模擬。我國(guó)正開展各方面地面模擬試驗(yàn)研究。 　　怎么知道空間環(huán)境對(duì)種子起作用？ 　　由于空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)投資大，技術(shù)要求很高，實(shí)驗(yàn)機(jī)會(huì)有限，探索地面模擬空間環(huán)境因素的試驗(yàn)研究對(duì)空間誘變機(jī)理的揭示、空間育種研究及其產(chǎn)業(yè)化持續(xù)發(fā)展意義重大。近年來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)、科技部和農(nóng)業(yè)部等重點(diǎn)項(xiàng)目資助下，劉錄祥領(lǐng)導(dǎo)的課題組已開展了宇宙粒子、物理場(chǎng)、微重力等3個(gè)方面的生物學(xué)效應(yīng)模擬試驗(yàn)。 　　方法一：宇宙粒子 　　利用地面加速器產(chǎn)生的高能單粒子(如質(zhì)子和重離子等)和高能混合粒子(主要包括派介子、謬子、高能光子和質(zhì)子以及正、負(fù)電子等)處理植物種子試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)高能粒子對(duì)于種子具有比傳統(tǒng)γ射線較高的相對(duì)生物學(xué)效應(yīng)。研究確定了質(zhì)子和鋰離子等粒子以及混合粒子誘變處理水稻、小麥、大麥等作物種子的適宜能量和劑量。劉錄祥研究員告訴記者，這一技術(shù)已經(jīng)申報(bào)了專利。 　　方法二：物理場(chǎng) 　　利用屏蔽地球磁場(chǎng)效應(yīng)的零磁空間模擬空間環(huán)境的弱地磁效應(yīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，一定周期的零磁空間處理小麥、大麥、串紅、小麗花等植物種子可明顯抑制種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)，抑制效應(yīng)不隨處理時(shí)間增長(zhǎng)而增強(qiáng)；水稻表現(xiàn)一定的刺激生長(zhǎng)作用；而玉米、油菜等種子反應(yīng)遲鈍。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，在小麥花藥培養(yǎng)過(guò)程中附加一定周期的零磁處理，有助于促進(jìn)高質(zhì)量愈傷組織及其幼苗的獲得率，并可有效提高小麥花培后代的變異類型和頻率。這一技術(shù)已經(jīng)獲得專利。 　　方法三：微重力 　　利用微重力三維旋轉(zhuǎn)儀及回轉(zhuǎn)器模擬微重力生物效應(yīng)初步試驗(yàn)表明，處理過(guò)的小麥、苜蓿、綠豆等的種子萌發(fā)顯著，特別是在幼苗生長(zhǎng)的最初一周內(nèi)，效果更為顯著。專家認(rèn)為，種子處理后，幼苗活力的提高可部分歸因于生理酶活性增強(qiáng)以及胚根和側(cè)根生長(zhǎng)加速。相關(guān)分子機(jī)理研究正在進(jìn)行中。 　　目前，專家研究發(fā)現(xiàn)，粒子輻射和微重力作用可能是種子基因空間誘變的主要原因。 　　五大特點(diǎn) 　　日前從中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院獲悉，我國(guó)的農(nóng)作物航天育種研究取得重大進(jìn)展！“十五”期間，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院航天育種中心牽頭的課題組利用航天技術(shù)先后育成并審定水稻、小麥新品種十二個(gè)，其中“華航一號(hào)”、“特優(yōu)航1號(hào)”、“Ⅱ優(yōu)航1號(hào)”和“培雜泰豐”等四個(gè)水稻新品種通過(guò)國(guó)家審定，已完成或正在參加省級(jí)以上區(qū)域試驗(yàn)的稻麥新品系、新組合十六個(gè)。航天新品種、新組合在過(guò)去四年里累計(jì)種植面積八百五十萬(wàn)畝，增產(chǎn)糧食三點(diǎn)四億公斤，創(chuàng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益五億元。