农科视窗(27)| 种子遨游太空,归来立马高大上?

农村大众记者 陈建志
2022-07-06 15:47:05     来源:大众报业·农村大众客户端

神舟十三号载人飞船上,有一群特殊的乘客——大约1.2万粒植物种子。它们跟随3名航天员在太空遨游半年之后,4月26日下午,返回主人身边。

当天,神舟十三号载人飞船返回舱在北京开舱。舱门缓缓打开,一名工作人员登上梯子,爬进舱内。舱内放置着一件件方形包裹,均用白布包着。他小心翼翼地搬起包裹,一一递给舱外的工作人员。

包裹中包着的就是这些植物种子。其中有云木香、铁皮石斛、天麻、薏苡仁等中药材种子,还有水稻、生菜等作物种子。做好登记等交接工作后,这些包裹便物归原主——云南、宁夏、陕西、北京等地的科研单位。

植物种子遨游太空返回地球,立马就能变得高大上吗?它们距离作物新品种究竟有多远?

遨游太空归来,作物种子出舱。(来源:中国载人航天工程官方网站)

01

在太空中,种子经历了什么?

浩瀚遥远的太空,跟我们人类居住的地球相比,环境差异巨大,那里一片死寂,缺乏碧绿的草木和活跃的动物,没有地心引力,只有微重力,没有供人呼吸的空气,是高真空的;那里太空辐射强烈,充满看不见的γ射线、宇宙射线和高能质子。这些环境因素综合起来发挥作用,有可能诱发植物种子染色体的缺失、重复、易位、倒置,导致基因突变。

成千上万粒种子乘坐宇宙飞船,遨游太空,是否每一粒都会发生基因突变呢?非也。大量试验结果表明,绝大多数种子丝毫没有变化,发生基因突变的只占总数的0.05%-0.5%。

还有一点,基因突变是随机的,不定向的,并非都尽如人意。据统计,在发生的种子基因突变中,变“好”的仅占3%左右,比如控制高产的突变、抗虫的突变、抗病的突变、抗旱的突变、耐盐的突变等。

当然,种子的基因突变,无论朝着哪个方向,对其自身来说,无所谓“好”与“坏”。所谓“好”与“坏”,是人类站在自身立场来作出的判断。有些似乎“坏”的突变,对于做基础研究的科研人员来说,反而有助于开展种子对宇宙空间环境的敏感性研究,有助于种子基因修复的机理研究。

02

遨游归来,立马变为新品种?

一粒作物种子遨游太空归来,是不是立马变得高大上,摇身一变成为一个作物新品种?

并非如此,二者相距遥远。一切顺利的话,水稻、小麦、玉米等主粮作物的种子,从发生基因突变一直到培育成功新品种,需要大约8年时间;蔬菜水果等园艺作物新品种培育成功时间稍短一些,也得花费3到5年工夫。

从种子发生基因突变到一个作物新品种,通常需要经过以下四个步骤。

——观察。遨游太空归来的种子,称之为一代种子。科研人员将其播种到土壤之中,任其自由自在地生根、发芽、展叶、长茎,不要拔除淘汰。在其生长发育过程中,科研人员仔细观察,记录各个性状,并与遨游太空之前这个品种的植株作对比,它发生了哪些变异?

——优选。将第一代种子发育长成的植株所结种子播种,长成的植株为第二代植株。对第二代植株进行观察,记录其性状,根据育种目标进行定向选择。例如,要想提高小麦产量,则选择穗子大籽粒多的植株;要想获得抗倒伏的小麦,就选择茎秆变矮的植株。

——稳定。将上面筛选出的种子继续播种,让其自交,如此繁育3-4代之后,观察这些变异的性状是否能够稳定遗传。

——试种。对具有遗传稳定性的种子,进行区域种植试验和生产试验,看它在不同区域、不同环境中,变异之后获得的目标性状,如抗倒伏、耐盐碱,是否能够稳定地表现出来。

如此经过若干年播种、观察、筛选,得到的后代,如果整体考察,综合性状优良且稳定,最终通过国家农作物品种审定委员会或者省级农作物品种审定委员会审定,方才算作选育成了一个优良新品种。

03

太空育种,长出的粮食果菜能放心吃吗?

山东省平度市有一种闻名遐迩的芹菜,叫马家沟芹菜,品质优口感好。2008年9月25日,神舟七号载人飞船搭载20克马家沟芹菜种子,在太空遨游近3天,随后返回地球。科研人员把这些种子播种、筛选,经过7年选育得到“航马一号”和“航马二号”两个新品种。“航马一号”色泽较普通马家沟芹菜绿色更浓,吃起来更加清脆。“航马二号”外梗呈黄绿色,口感鲜嫩。最贵的时候,这样的马家沟芹菜每斤售价300元。

这是作物种子遨游太空归来,直接选育新品种。

马家沟芹菜。

在科研中,还有一种常见的情况,首先让种子遨游太空,发生基因突变,返回地球之后,创制成新的种质材料,再让它与其他品种杂交,培育新品种。“9940168”,就是经历太空辐射,得到的一种突变系优选材料。山东省农业科学院与中国农业科学院携手合作,用“9940168”作母本,用济麦19作父本杂交,经田间系谱法选育而成小麦优良品种鲁原502。这个品种穗大、高产、多抗,2011年通过国家审定,年推广面积超过1500万亩,累计推广面积超过1亿亩,成为我国三大主推小麦品种之一。

说到这里,我们便可明白,太空育种,又叫航天育种,是将作物种子送到太空,利用太空特殊的环境诱变作用,使种子产生变异,再返回地面培育作物新品种的育种新技术。

我国的太空育种是从1987年3月开始的。30余年来,培育出小麦、水稻、玉米、大豆、棉花等大田作物,以及西红柿、辣椒等园艺作物新品种、新品系700多个,再加上苜蓿等牧草、林木、花卉、中药材新品种,创造直接经济效益2000多亿元。

有人担心,遨游太空的种子,播种长成的作物茎叶、果实、种子,食用是否安全。其实,大可不必担心。在太空发生的基因突变与在地球上发生的基因突变,本质上没有什么区别,不同只有一点,前者发生在天上,突变概率较高,后者发生在地下,突变概率较低。

如今,在山东、河北、江苏等地市场上都有太空蔬菜,例如维C含量更高的甜椒、粗大的黄瓜、一米多长的莲藕在销售,尽管放心选购、食用。

大众报业·农村大众记者 陈建志

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责任编辑:张婷    
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