记者从中国载人航天工程办公室了解到,我国航天育种取得丰硕成果。目前,经过国家审定的航天育种新品种已经有200个,航天育种培育的小麦、水稻等农作物新品种,累计种植面积超过240万公顷,粮食产量增加量约为13亿公斤。

太空育种又结硕果

航天育种是航天技术、生物技术与农业育种技术相结合的育种新途径,是通过利用航天器搭载生物材料在宇宙环境强辐射、微重力和弱地磁的共同作用下,空间诱变产生基因组水平上的变异,返回地面后经过至少4代地面选育,筛选出携带新性状的新材料、新种质,最终培育出遗传稳定、品质优良的新品系、新品种。

在日前召开的草业航天育种专题研讨会上,一批航天育种成果纷纷亮相。

经过16的年选育研究,搭载神舟三号飞船选育出来的中天1号紫花苜蓿草物种优质、丰产性状突出,干草国家区域试验每亩最高达1789.9公斤,粗蛋白质含量平均为20.8%,达到了中国苜蓿干草捆分级国家一级标准,有效解决了国内优质高产品种少、国外引进品种退化快等问题。

中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所抗逆牧草育种与利用团队首席专家杨红善介绍,牧草航天育种主要集中于苜蓿品种的选育研究,未来尚有广阔的发展空间。目前已经成功培育出的“中天1号紫花苜蓿”、“农菁14号紫花苜蓿”等国家级、省部级牧草品种,推进了草类植物太空育种研究发展,已在全国推广种植25万亩以上。

利用空间诱变育种技术,华南农业大学成功地在普感稻瘟病的品种“丽江新团黑谷”和“中二软占”中诱变和创制出一批抗病乃至达到免疫的新种质。利用这些抗病种质资源,培育出更为优质丰产高抗稻瘟病的新品种。

江西省超级水稻研究发展中心利用航天诱变,选育出了跃恢航0799、跃恢航1698、跃恢航1573等优良恢复系应用于育种。航天搭载空间诱变技术还在其他主粮作物、经济作物和蔬菜水果等品类上获得了成功的应用,涌现出的新品种为粮食安全和农民增产增收带

来了切实的收益和实效。

“太空种子”和“航天明星”

哪些种子能够有机会上天,成为“太空种子”呢?一粒普通的农作物种子,如何经过卫星、飞船的运输,成为万众瞩目的“航天明星”呢?专家介绍说,自然条件下,种子基因突变概率不到百万分之一,但是在太空环境影响下可达到千分之五,同时太空种子的成活率要远远高于人工诱变的种子。据悉通过航天育种选育的水稻品种,目前大概占我国航天技术育成品种总数目的近三分之一。

能够有机会上天的“太空种子”,必须是具有稳定遗传性状的纯系自交种,在品种上,一般会选择需求量大但生产上存在一些难度的种类。专家解释道,能送上太空的种子通常是科研院所收集和积累的一些精品材料,并不是在市场上流通的种子。在搭载种子的选择方面,科研机构制定了一套严格的标准,最基本条件是纯系自交种。如果再严格一点,那就是要选择同一株系上的种子,这样可以最大程度上保证种子纯系自交种的属性,杜绝机械混杂的问题。

事实上,航天育种空间诱变,属于物理诱变中的辐射诱变,而物理辐射诱变育种的历史甚为悠久,自1928年已有近百年。根据联合国粮农组织和国际原子能机构统计,截至目前,超过3000种作物新品种(在70余个国家,涵盖240种作物)已受到官方批准并进行商业化生产应用。

从上世纪60年代开始,美国、苏联、加拿大、日本、芬兰、澳大利亚和巴西等国家就陆续开展了空间生物学研究和航天育种实践。例如,美国“巨棉1号”抗虫棉就是经太空辐射变异获得的一个抗虫棉超高产新品种,苏联搭载的棉花和枞树早已在哈萨克斯坦大面积种植。

我国航天育种始于上世纪80年代。最初搭载种子的目的是为了探测太空环境对植物遗传的影响。研究表明,这些上天的种子发生了一系列出人意料的变异:经历空间环境的萝卜种子幼苗茁壮,搭载上天的大蒜种子长出的蒜头竟重达150克。于是,中国航天育种的研究也逐渐步入正轨,航天育种学科得以不断发展。

载人航天工程自立项实施以来,相继策划实施了一系列航天育种实验项目。自1999年神舟一号飞行任务开始至今,利用载人航天的独特优势以及载人飞行器的资源余量,组织开展了累计百余种、5000多份作物种子和植物材料的空间搭载诱变实验。除了农作物、林木育种领域,还搭载了空间生物类实验载荷,开展高等植物空间环境生长发育等空间生物学研究。

“200个品种”和“2000亿元”

记者从中国载人航天工程办公室了解到,经过多年的实践验证,无论是基因组水平,还是表观遗传学水平,航天育种创造出了自然界中罕见或从未出现过的新变异、新性状,丰富了种质资源的遗传多样性,产生了大量有益的新突变,创制出诸多携带有优异性状的遗传资源,对一些重要农艺性状具有突破性影响。这项技术不仅推动了农作物的改良,还将被应用在食品加工、酒类酿造、生物制药、石油开采等诸多方向,产生突出的经济效益。

如神舟八号为了验证高等植物在空间环境下的开花结实过程,设计搭载了《番茄试管苗空间开花结实》实验装置,8个番茄蓓蕾5株开花结果,在国际首例实现了太空空间植物开花结果。

天宫二号搭载了高等植物培养实验,是国际上首次在空间获得了拟南芥开花基因启动子控制的绿色荧光蛋白实时图像,为未来建立以植物为基础的空间生命生态系统和提高系统的生产效率提供依据,也是我国首次成功进行了植物“从种子到种子”的全生命周期培养。

航天育种产业创新联盟理事长、中国高科技产业化研究会党委书记、中国运载火箭技术研究院原党委书记梁小虹介绍,我国航天育种事业经过30余年发展,在育成品种的数量和推广应用范围上处于世界第一位。空间诱变机理研究水平和航天育种技术成果在农业的推广应用水平世界领先。

我国先后30多次利用返回式卫星、神舟飞船、天宫空间实验室和其它返回式航天器搭载植物种子,已在千余种植物中培育出700余个航天育种新品系、新品种。其中,通过国家或省级审定的新品种或新组合超过200个,累计种植面积1.5亿亩,产业化推广创造经济效益2000亿元以上。

除粮食、蔬菜、水果、油料等农作物品种外,还创制出林草花卉、中草药新品种和制药、酿酒等微生物新菌种,获得了广泛应用和良好的社会效益。

按计划,中国空间站将于2022年前后完成建造。中国空间站建成后将作为国家级太空实验室,届时,将会有更多的优质农作物品种进入太空,获取更多对全人类具有重大科学价值的研究成果和具有重大战略意义的应用成果。