中央紀委國家監委網站 柴雅欣
圖為劉錄祥（左二）與相關育種專家在新疆維吾爾自治區奇臺縣田間考察太空小麥品種“航麥106”長勢情況。 （中國農業科學院作物科學研究所供圖）
豐收在即，眼下，全國多個糧食主產區陸續進入秋收季，沉甸甸的收獲是土地的饋贈，也有宇宙的“眷顧”。中國載人航天工程辦公室近日發布消息，自中國載人航天工程立項實施以來，航天育種搭載實驗3000余項，育成主糧審定品種240多個，年增產糧食約26億公斤。
航天育種也叫太空育種，是讓種子搭乘著返回式航天器到太空“暫居”，利用宇宙射線、微重力、高真空等特殊環境誘發種子基因變異，再返回地面上選擇可遺傳的優良變異性狀用于培育優質高產多抗植物新品種的育種方法。去過太空的種子有何不同？航天育種如何助力種業創新、打好種業翻身仗？記者采訪了相關專家。
航天育種具有變異率高、育種周期短等特點，可在相對較短時間內創制出性狀優良的種質資源
在距地面400公里的軌道上，中國空間站繞地球飛行，神舟十六號航天員乘組正在里面進行“太空科研”。同樣進行中的，還有種子們的“太空旅行”。
神舟十六號載人飛船航天育種實驗項目清單近日公布。此前，中國載人航天工程辦公室向社會公開征集航天育種搭載實驗項目，并組織專家對申報項目進行評審，遴選出53個單位的136種航天育種實驗材料實施搭載。
航天育種材料種類豐富，既有主要農作物、經濟作物等種子，也有不同地方主栽特色品種和珍稀物種的種子，還有微生物菌種。它們來自全國不同地區、單位，有些側重于基礎研究，有些則側重于品種培育。記者在清單上看到，農作物種子份數最多，共有47份，其中包括糧食作物種子12份、經濟作物種子28份、耐鹽堿植物7份。此外，還有林草、花卉和藥用植物76份，微生物和其它13種。
“這次我們選送了三七、訶子等10種中藥材種子隨神舟十六號載人飛船一起升空，都是云南特色中藥材，多為藥食同源植物，開展航天育種工作具有較好的應用前景。”云南省農業科學院藥用植物研究所所長李榮福說。
李榮福告訴記者，該所從2013年起開展航天育種工作，當年6月選送中藥材滇龍膽種子隨神舟十號飛船升空。經過7年的組培、選育、擴繁、栽種實驗過程后，科研人員最終選育出了優質、高產、高抗性的“滇龍膽航天1號”“滇龍膽航天2號”和“滇龍膽航天3號”3個新品種。從2021年開始，該所通過神舟十二號、神舟十三號、神舟十四號、神舟十五號、神舟十六號載人飛船搭載了以“十大云藥”為首的29種中藥材種子。
中國農業科學院作物科學研究所從1994年開始航天育種研究工作，至今已有近30年。“近兩年，我們主要開展了兩方面的航天育種工作，一是對前期通過‘實踐八號’‘實踐十號’返回式衛星批量搭載的小麥種子進行系統篩選、鑒定、測試、品種審定和推廣，以及航天突變機理研究；二是持續利用高能加速器開展地面模擬航天環境誘變因素，也就是高能重離子誘變育種及機理研究、創制突變體庫等。”中國農業科學院作物科學研究所黨委書記、副所長劉錄祥說。
劉錄祥是我國航天育種工程首席科學家、國家農作物航天誘變技術改良中心主任，曾組織發射了“實踐八號”世界首顆航天育種專用衛星。他告訴記者，與傳統育種技術相比，航天育種最大的優勢在于空間誘變材料的有益變異率高、育種周期短，可在相對較短時間內創制出高產、早熟、抗病等性狀優良的種質資源。
“中藥材傳統選育耗時長、成本也高，在中藥材需求量不斷增加、野生藥材資源有限的背景下，航天育種技術能加快品種選育和人工規模化種植進程，豐富中藥材種質資源庫，推動中藥材產業發展。”李榮福說。
上天只是“萬里長征”一小步，更多工作還要在地面完成
在中國農業科學院作物科學研究所大廳，各式各樣的“太空種子”被裝在一排排貼有品種標簽的透明罐子里。這些都是劉錄祥和同事們辛勤數載的結晶。
“目前為止，我們已經育成審定了‘航麥247’‘航麥2566’‘航麥287’‘航麥501’‘航麥3290’‘航麥802’‘航麥106’‘航麥818’‘魯原502’等多個小麥太空品種，通過與種子企業聯合實現了產業化應用，產生了顯著的社會經濟效益。”劉錄祥說。
“太空種子”是怎樣煉成的？“種子篩選是航天育種的第一步。航天器的每一克載荷資源都很寶貴，上天的種子都是精挑細選出來的，必須具備綜合性狀優良、遺傳穩定性一致、活力強發芽率高等特點。”劉錄祥介紹。
進入浩瀚太空后，不是每一粒種子都能被宇宙射線擊中，也不是所有被擊中的種子都能發生基因變異，一切都是未知數。因此，并非所有上過天的種子都能成為“太空種子”。
上天只是走完航天育種“萬里長征”一小步，更多的工作還要在地面完成。種子從太空回來后，育種人員要觀察種子基因有沒有改變、有沒有往好的方向突變，并挑選出優良突變植株進行多代篩選、鑒定、淘汰、試種、審定，最終才能獲得具有優質、高產、多抗等優良性狀的新品種。
篩選培育是一個漫長的過程，奔忙于試驗田與實驗室之間是育種科研人員的工作常態。“育種人員想要培育出比較成熟的新品種，至少要花費8年到10年時間，這還是在每一個環節都順利的前提下，產量、抗性、品質、市場價值等每一項檢驗都要過關，任何一個環節出現問題都會前功盡棄。”劉錄祥說，經過多年選育的種子在最后一年的生產性測試中，如果遇到某種病害流行或者高、低溫等不利情況，不能有效抵抗，最終也會被淘汰。實踐證明，能夠一路“過五關斬六將”并被種子主管部門審定的新品種只有百分之幾甚至千分之幾。
“魯原502”是由中國農業科學院作物科學研究所和山東省農業科學院原子能農業應用研究所合作選育的廣適高產優質小麥品種，也是目前為止我國航天育種中單一品種累計推廣面積最大的農作物品種。
“它最早是在1996年10月由我國第十七顆返回式衛星搭載返回，經過連年地面選擇，于2000年選出早熟抗倒伏航天突變體‘9940168’小麥，以此為母本再與濟麥19小麥雜交，2006年育成穩定的‘魯原502’小麥，后續經過繁殖種子和參加國家小麥品種區域試驗，于2011年通過國家品種審定，正式成為‘太空種子’。其中，航天搭載選育突變體用了4年，航天突變體雜交再選育穩定品系用了6年，繁殖種子和參加區域試驗又用了5年時間。”劉錄祥說。
航天育種的安全性如何？針對這個問題，劉錄祥曾專門做實驗進行驗證：“我們用專業的儀器設備，對我國第17顆返回式衛星搭載過的小麥種子進行連續48個小時檢測。結果顯示，與地面對照組比較，從太空返回的種子并未增加任何放射性成分。”
“航天育種在本質上和自然界的變異相同，前者加快了變異的進程，提高了變異的頻率，在培育高產優質農作物新品種，特別是重大突破性種質材料方面有著不可替代的作用。”劉錄祥說。
國家植物航天育種工程技術研究中心主任陳志強也表示，航天育種加速了植物本身遺傳因子的進化，產生更優良的性狀；航天育種品種需經過國家各級嚴格的比較試驗，只有更優越的品種才能通過審定并應用。因此，航天育種無論在遺傳還是應用上都是安全的。
利用飛行任務開展的航天育種實驗，先后審定數百個新品種，顯著提高了農作物的產量品質
“造船為建站，建站為應用”，中國載人航天工程立項30多年來，4000余項成果廣泛應用于國家各行各業。其中，利用飛行任務開展的航天育種實驗，先后審定數百個新品種，顯著提高了農作物的產量品質。
1987年8月5日，我國第九顆返回式衛星搭載著精挑細選的水稻、青椒、番茄等百余個品種的農作物種子飛向太空，由此揭開了中國航天育種的序幕。返回地球后，它們被分發至各地科研機構。經過雜交選育，這批種子中培育出了青椒“宇椒1號”、番茄“宇番1號”等一批優良新品種。
往后，中國持續研究和應用航天育種技術，利用返回式衛星、神舟飛船等航天器進行種子搭載實驗，在空間誘變機理的基礎研究領域獲得重要進展，在種質資源創新、育成品種數量、新品種產業化應用等方面表現突出，目前已處于國際領先水平。
2006年9月，我國“實踐八號”衛星成功發射，這是迄今全世界唯一一顆專門用于農業育種目的而發射的返回式衛星，堪稱“種子專列”。劉錄祥負責“實踐八號”的主要育種工作，據介紹，該衛星搭載了水稻、小麥、玉米、棉麻纖維、油料作物、蔬菜作物、林果花卉、微生物菌種和小雜糧等2000多種類、約208千克的種子材料和機理研究裝備，為我國育種研究工作貢獻了豐富資源。
時至今日，航天育種的成果早已走出實驗室、試驗田。前不久，劉錄祥在微信朋友圈里發了一條豐收喜訊：“‘航麥106’新疆奇臺農場實收面積21.28畝，畝產量為812.6公斤。”
“航麥106”是由中國農業科學院作物科學研究所與新疆農業科學院核技術生物技術研究所，利用航天誘變育種技術聯合選育的優良冬小麥新品種，于2022年通過新疆維吾爾自治區品種審定。據了解，“航麥106”在2022年和2023年連續兩年在新疆實收測產畝產均超過800公斤，目前已轉讓給一家種業公司，加快產業化應用與推廣。
“魯原502”具有產量潛力高、適應性廣、抗倒伏能力強、水分利用效率高、品質優良等突出優點，在國家和山東省區試中產量均居第一位，分別較對照組增產10.16%和4.99%。“它的自身調節能力強，適應區域廣，推廣區域覆蓋山東、安徽、河北、江蘇、山西、新疆等6個省（區），目前累計推廣面積近1億畝，2018年成為我國第二大主推小麥品種，2019年獲得國家科技進步獎二等獎。”劉錄祥說。
種子是農業的“芯片”，航天育種在促進種質資源創新方面大有可為
種子是農業的“芯片”，一粒良種有如一把豐收的“鑰匙”，是確保我國糧食安全的關鍵所在。
我國是種質資源大國，但還不是種質資源強國，面臨具有自主知識產權的種質資源匱乏等難題。航天育種作為航天技術、生物技術與農業育種技術相結合的高科技育種新途徑，在促進種質資源創新方面大有可為。
在李榮福看來，利用航天搭載中藥材種質材料，可以創制和儲備一批航天育種種質資源，建立具備自主知識產權的中藥材航天育種種質資源庫，形成高效航天育種技術，從而提升我國中藥材種業自主創新能力，是實現種業科技自立自強、種源自主可控的有效途徑。
“航天誘變新種質突破助力育種水平提升，航天誘變新基因源共享助力行業整體水平提升，大量的航天誘變新基因成為生物育種創新的源頭活水，而優質高產抗病新品種則有力地保障了糧食安全。”陳志強說。
2022年年底，中國空間站全面建成，進入應用與發展階段。神舟系列載人飛船作為空間站天地往返運輸系統，以平均每年兩艘的頻率實施發射，具備持續開展航天育種搭載實驗的能力。這也意味著，良種飛天將有更大的施展舞臺。
關于航天育種的發展前景，劉錄祥提出了自己的見解：“育種家可以通過開發空間輻射生物學艙外暴露裝備與技術，開展真正的太空誘變育種，構建基于空間站的航天育種新體系。我們可以精準設計和深度解析航天誘變機理，同時還可以開展航天育種關鍵技術及重大基因誘變發掘與性狀整合，開發多樣化的新品種，引領種業創新，打造‘航天生物+新業態’，助推太空經濟發展。”
此前，中國空間站問天實驗艙裝載的生命生態實驗柜完成了太空環境下水稻和擬南芥的全生命周期培養實驗，這也是國際上首次在軌獲得水稻種子。在空間站種水稻、種菜，這是航天育種的一種形式嗎？
“這個嚴格來說是太空栽培或者航天種植。就像在地面種植水稻、小麥品種一樣，只是在空間站存在微重力效應，需要特殊的生長裝置。未來，我們或將直接在太空開展育種工作。”劉錄祥說。
上天、下地，播種、收獲。隨著航天育種技術向更高質量、更高水平邁進，我們也會將中國種子攥得更緊，把中國飯碗端得更牢。