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一粒种子的太空之旅
本刊记者：多国丽
导语：自1987年以来,在“国家863高科技计划”的推动下,我国先后13次利用返回式卫星和5次飞船及多次高空气球搭载了70多种植物的2000多种品种的种子,涉及到粮、棉、油、蔬菜、花卉、牧草及中药材等多方面.
在太空中种出来的土豆是什么样？马特·达蒙在《火星救援》中给出了答案,他虽然没有具体描述出火星土豆的口感,但作为救了他一命的食物,想必味道好极了.
在目前的科技条件下,人类落地到火星种土豆确实是一件只能幻想的事情,但是,吃一口在太空中孕育出来的食物却早就是一件离普通人很近的事了,我们在餐桌上最常吃到的黄瓜、大豆、玉米等多种作物,很多就有可能是太空来物.你可能也会有这样的疑惑,为何最近吃到的甜瓜更甜更脆了,吃到的黄瓜更大更嫩了,这背后的技术就是已经深入到大众生活中却不为人所熟知的“航天育种”.
种子与国家安全
从车马嘈杂的北京市区驱车前往京郊,沿途越来越安静.在一片静谧与绿色之中,坐落着被誉为“种子硅谷”的北京通州国际种业科技园区.园区里,驻扎着众多我国种子行业的龙头企业,其中就有北京神舟绿鹏农业科技有限公司.
一进办公大楼,就看到高墙上的大字标语,“一粒种子改变世界”.一粒小小的种子,看似微不足道,它真能起到那么大的作用？航天育种业的专家、神舟绿鹏董事长赵辉这样解释：“过去我们的育种业没有形成产业化,选育种子由科研院所去做,而推广由企业进行,整个链条是分开的.这样一来中国的自主知识产权越来越少,如果种子靠进口的话,种业问题就影响到了国家安全问题.”
这是摆在中国种业面前的严峻现实.世界种子市场垄断趋势明显,世界前十强种子公司市场集中度超过55%,美国种业巨头仅孟山都一家公司的国际商品化种子的市场占有率就高达21%.中国是种子需求大国,然而,中国种业的竞争力却不强,具有选育-繁殖-推广一体化能力的种子企业很少.用中国工程院院士袁隆平的话说,关键时刻,一粒小小的种子可以绊倒一个大国.就拿印度为例,孟山都在2002年将Bt-棉花种子引入印度,从此垄断了印度的棉花种子市场,导致种子上涨了80倍.
这是一场迫在眉睫的竞赛,而赵辉所努力去做的就是推进这个产业的一体化.他说,航天育种产业一体化就是公司在获得种子材料后进行选育,然后做品种的观察与推广,即如今国家在农业生产方面所大力倡导的“育繁推”.
实际上,一粒种子从上天到入地再到结出果实,这是一个复杂的过程.第一阶段是选种.选择什么样的种子搭载上天,要经过多重筛选,搭载种子在纯度、净度、发芽率上符合国家作物种子质量标准,种子的相对含水量应控制在13-14%.每份搭载种子数量,小粒作物一般应在3000粒以上,大粒作物一般应在1000粒以上.“搭载资源非常有限,每次都是两三公斤的量,每次一百种左右.” 赵辉说.
第二阶段是诱变.利用卫星和飞船等太空飞行器将植物种子带上太空,再利用其特有的太空环境条件,如宇宙射线、微重力、高真空、弱地磁场等因素对植物的诱变作用产生各种基因变异,再返回地面选育出植物的新种质、新材料、新品种.一般来说,种子搭乘卫星上太空转一圈便能“变”出更优良的品质,比如结出更大更甜的果实,更美的花朵.
第三阶段为下地.种子随着搭载的航天器返回地球后,随即要进行地面选育工作,包括地面种植、观察、突变体筛选、遗传稳定性鉴定等工作.因为种子的变化是分子层面的,想分清哪些是我们需要的,必须要将这些种子全部种下去,繁殖三四代后,才有可能获得性状稳定的优良突变系.
这样,经过一个漫长的过程,每次太空遨游过的种子都要经过连续几年的筛选鉴定,其中的优系再经过考验和农作物品种审定委员会的审定才能称其为真正的“太空种子”.
盛开的白莲
中国是目前世界上三个独立掌握空间飞行器返回式卫星技术的国家之一,在航天育种方面,三个国家各有特色.目前美国航天工程育种工作计划主要涉及在种质创新、药品生产、生物反应器以及生物采矿等几个研究领域,其主要目的是探索太空生命生存条件.俄罗斯的研究重点则是空间植物栽培研究,曾在国际空间站上完成了豌豆的连续世代循环栽培,以及成功种植超矮小麦、白菜和油菜等植物.
赵辉多年的工作经历见证了中国航天育种业的历史.我国航天育种开始于1987年,但是,最早主要是国外的公司使用中国的航天器进行搭载.当时的赵辉还在中国空间技术研究院工作,负责航天搭载项目.“最早来找我搞搭载的是德国人、法国人,中国的科学家看到后于是说,航天要服务于国民经济,我们自己也要送点东西上天去,”赵辉说.
从搭载辣椒、西红柿种子开始,中国开始了自己的航天育种进程.
自1987年以来,在“国家863高科技计划”的推动下,我国先后13次利用返回式卫星和5次飞船及多次高空气球搭载了70多种植物的2000多种品种的种子,涉及到粮、棉、油、蔬菜、花卉、牧草及中药材等多方面.已进行的项目有：小麦、水稻、玉米等粮食作物；大豆、绿豆、黑豆等豆类作物；棉花、烟草、香蕉、莲子等经济作物；油菜、番茄、黄瓜、甜椒、西瓜、甜瓜等蔬菜作物；曼陀罗、兰花、玫瑰等花卉,红豆草、紫花苜蓿等牧草,人参、甘草等中药材.
比如说,经卫星搭载处理后获得的博优721亚种间杂交水稻新组合,大面积亩产量达700多公斤,比当地主栽品中增产15%以上；优质、高产的水稻华航1号、芝麻新品种航芝麻1号、食用菌太空金针菇等收到农业生产者的普遍欢迎.同时,利用航天诱变技术创造了一批目前利用传统育种手段较难以获得的罕见材料,如特早熟小麦、特大粒莲子太空莲3号、特大粒红小豆突变系、特长角果双底油菜等,将对作物产量和品质等主要经济性状的遗传改良产生重大影响.
就拿神舟绿鹏来说,它通过神舟飞船搭载植物试管苗,经过地面培育出太空香蕉、太空树莓、太空葡萄、太空兰花、太空百合、太空月季等园艺作物,目前抗病、优质、高产的太空香蕉已在深圳、海南等地大面积推广；太空蝴蝶兰、太空石斛兰在深圳已经形成产业,每年有50万株投入市场.
航天育种是个接地气的行业,已经有多个地区利用这一技术实现了收益.赵辉给我们介绍了江西广场白莲种植的案例.早在1994年,广昌县白莲科学研究所就找到了空间技术研究院,说自己是贫困县,想把种子送上太空提高白莲的产量.研究院同意了合作.2002年、2004年又先后开展了第二、第三次航天搭载,先后选育出太空莲、星空牡丹、太空娇容等一批白莲新品种.自此,广昌白莲具有了生育期长、花多、蓬大、结实率高、颗粒大等特点,其中太空莲36号品种平均亩产量提高到80—100公斤,比常规品种高出一倍多,莲农的经济效益也增长一倍以上,目前已成为我国白莲产区的主栽品种.
“航天育种有巨大的发展前景和社会经济效益,太空白莲带动了广场县的农民增收20亿元,就全国来说,航天育种产业已经创造了直接经济效益100多亿元,”赵辉介绍道.
一些误解
但是,对于航天育种产业的发展,赵辉也是颇多忧虑.他说,“航天育种是带有公益性质的事业,不可能一投资就赚钱.”正是因为如此,航天育种产业的现状与未来并不容乐观.
从航天育种的发展历史来看,航天育种一直不是航天飞行的主要任务,而是在保证其它任务成功地前提下,“顺便”搭载一下航天育种材料,我国仅在2006年发射了世界上唯一一颗专门用于航天育种的卫星实践八号.到目前为止,我国还没有建立起一个完整的航天育种空间搭载机制.
而且,目前航天育种缺乏龙头企业,大部分企业规模小,经营分散,有的企业或者研究机构不管有没有力量和条件,“赶时髦”进行航天搭载,低估了航天育种工作的难度,选择搭载的农作物品种和材料素质不够高,导致经卫星搭载诱变后,又经历4-5年定向选择后育成的品种在产量、品质和抗性上缺乏竞争力,选育不出好的种质材料,在生产难以推广,大大浪费了资源.
航天育种品牌自身的保护力度也不够,目前社会上存在着许多大大小小的航天育种企业,仔细探究发现,其中大多数企业打着“航天育种”的幌子进行炒作,他们从国内外找来一些与众不同的品种,贴上“航天育种”的标签,利用老百姓对“航天品质”的信赖,从中获利,这些企业严重影响了航天育种的声誉.
航天育种是不是转基因？这也是让很多人疑惑的问题,这也导致了赵辉所说的“航天育种业只能做不能说”的现状,因为“过去这一行业的机理研究滞后,解释起来太麻烦就不说了.” 他承认,有的人把航天育种跟转基因相提并论,认为通过航天诱变搭载育出的新品种存在着安全问题,大众的这一认识严重影响航天工程育种的产业化.
但是赵辉也斩钉截铁地说,航天育种不是转基因.他用简单的话语解释道,“转基因是外源基因的导入,而航天育种是自己的基因在变化.即使没有上太空,种子的基因在地球上也会有变化.”
他强调,航天工程育种是一种物理诱变育种手段,没有外来基因的导入,因而它不是转基因,其安全性是确定的.科学工作者专门试验研究显示,即使太空飞行回来的当代种子经严格检测也没有增加任何放射性.因此食用太空种子加工生产的粮食、蔬菜等不会存在不良反应.
对于航天育种的未来,赵辉认为,中国应该培育出自己的优势品种,打造航天育种知名品牌,提升航天育种和航天产品的知名度,提升市场竞争力,加快科技成果转化步伐.
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