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嫦娥五号带上天 小种子迸发大能量
来源:中国安全食品网 2021/3/3 14:43:55

  2月26日,华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心副主任郭涛和6名学生用镊子夹起一粒粒萌芽的稻种,种进6个装满泥土的蓝色育秧盆里。它们是嫦娥五号探测器的“乘客”,历经22天21个小时、76万余公里的“环月旅行”过后顺利返回地球、来到广东。“十四五”规划提出要强化国家战略科技力量,瞄准生物育种等前沿领域。2月21日公布的2021年中央一号文件也提出打好种业翻身仗。专家认为,现阶段要加紧培育具有自主知识产权的优良品种,航天诱变育种是一条有效的途径。

  2月26日,一批珍贵的水稻种子在华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心(以下简称“中心”)的薄膜温室里被种下。这批“安家”广东的稻种,正是去年12月17日搭乘嫦娥五号“探月”归来的中心培育的水稻材料。30天后,这批播种的约30克、1600粒种子将长成约30厘米高的完整植株并被移栽到大田去,4个月后可对其进行收获,6月底进行第二个世代的播种。

  本次播下的种子每一粒都会被精准编号、定点跟踪,以便更好地从基因组水平和染色体水平进行研究。郭涛指出:“通过系列科学研究,我们想弄明白嫦娥五号的深空诱发的遗传效应到底和地面的有什么不一样?它能够产生变异的效率是否更加优良?找出这些关键的环节,为我国下一步的深空探测、深空诱变育种提供更好的支撑。”

30余种植物种子有幸“上天”

  事实上,嫦娥五号的“种子”乘客并非只有紫花苜蓿、燕麦、水稻。在嫦娥五号探测器系统的支持下,航天育种产业创新联盟定向征集了多家单位提供的水稻、苜蓿、燕麦、拟南芥、花卉等各类植物种子共30余种实验材料。

  作为中国复杂度最高、技术跨度最大的航天系统工程,此次嫦娥五号任务从月球带回约1731克月球样品,在容量有限的情况下,这些种子是如何通过层层筛选,有幸跟随嫦娥五号“上天”的?

  专家指出,我国种业底子薄,一些作物种子被国外垄断。如果要下决心把民族种业搞上去,就要加紧培育具有自主知识产权的优良品种。之所以让嫦娥五号携带30余种种子实验材料上天,正是希望通过太空的特殊环境完成深空诱变,挖掘优异种质资源,培育出优质高产、抗逆广适、性状突出的新品种。

  为此,各单位也是“八仙过海、各显神通”,纷纷提供“当家好种”。中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所(以下简称“兰州牧药所”)抗逆牧草育种与利用团队首席专家杨红善介绍说:“每家单位搭载的种子和目的不尽相同,有些侧重于基础研究,有些则更侧重于品种培育。”

  以兰州牧药所提供的紫花苜蓿和燕麦种子为例,杨红善表示,之所以选择这两类种子,首要原因是它们都是富含高蛋白质的优质饲草。现阶段,紫花苜蓿和燕麦分别是中国第一、第二大牧草,“当前中国消费者对肉蛋奶的需求量逐步上升,而要解决肉蛋奶需求量,首先得解决家畜的口粮问题”。

  “在选定紫花苜蓿和燕麦后,我们会根据育种目标确定要搭载的品种或新品系,对每一颗种子都精挑细选,确保发芽率在95%以上。之后再通过人工精选,使每一粒种子饱满,不能有损伤,确保从太空返回地球之后可以正常发芽。”杨红善说。换言之,这些种子经过层层筛选而确定下来的,是名副其实的“天选之种”。

  杨红善表示,目前已经在实验室种植的少量紫花苜蓿和燕麦生长正常,科研人员正在观测它的生长性状,包括发芽、长势等,大部分重要的实验会在3月上旬育苗,4月下旬再移栽大田。

  此外,华南农业大学也是希望通过搭载嫦娥五号“上天”,选育出一批高产、优质、多抗、绿色的水稻新品种,满足多元化产业需求,提升中国粮食安全水平。

种子搭乘机会难得

  从20世纪60年代开始,美国、前苏联、加拿大、日本、芬兰、澳大利亚和巴西等国家就陆续开展航天诱变育种实验。中国的航天诱变育种始于20世纪80年代,经过多年的研究和应用,官方通过审定的新品种超过200个。现如今,航天诱变育种的成果已经悄然融入人们生活的方方面面。

  “要想培育优良新品种,必须有优异的种质资源,这就需要用不同方法来创新种质获得育种材料。目前已有的方法和手段有野生种收集、杂交、基因编辑、分子设计和空间诱变等,其中的空间诱变更具‘潜力’。”杨红善表示。

  在杨红善看来,航天诱变有“三宝”,即高真空、微重力和空间射线,三方面因素共同作用可以使得种子内部的遗传基因发生变化。此前,中国已通过不同的神舟飞船、返回式卫星等航天器搭载不同作物种子上天。

  与以往的“上天”之旅相比,嫦娥五号任务有何特别之处?与以往神舟飞船、返回式卫星等搭载不同的是,嫦娥五号地月往返共23天,整个空间飞行距离接近80万公里,与近地轨道的整个环境因素差异巨大。

  “深空环境对于生命的影响是一个非常重要的研究课题。我们搭载的近2500粒‘航聚香丝苗’水稻品系种子经历了范艾伦辐射带和太阳黑子爆发,这些空间环境因素可能会对水稻实验材料的变异率和变异幅度产生重大影响,理解这种变化,对下一步探讨物种进化和生命起源具有理论价值。”郭涛说。

推进生物育种产业化

  专家表示,此次嫦娥五号搭载返回的牧草种子会分为三部分,一小部分用于早期实验室基础研究,大部分用在大田实验,剩下一小部分会作为种质资源保存起来。

  对航天诱变育种而言,搭载航天器“上天”只是第一步,更重要的是结束太空之旅后返回地面的品种选育试验。谈及牧草品种的培育,杨红善感慨道:“从种子搭载返回到种植实验,再到培育出新品种、真正推广到市场,不同作物的育种年限不一样。按照育种程序,培育出一个紫花苜蓿新品种大概需要12—13年时间。燕麦是一年一生植物,培育时间会减少2—3年。”

  郭涛表示,此次跟随嫦娥五号“上天”的华农水稻种子预计2年左右将会有第一批产品出现,系统全面研究完毕将耗时5—10年。

  多年来,航天诱变育种在中国粮食安全和生态环境建设等诸多领域做出重要贡献,培育的蔬菜、花卉、林草等植物新品种累计种植推广面积超过240万公顷,据估算,航天诱变育种创造直接经济规模超过2000亿元。杨红善表示,“航天诱变育种的安全性是毋庸置疑的,因为它是内源基因改变,这种突变是自然界本身就存在。航天诱变只是提高了植物的突变概率,育种后的蔬菜水果可以放心食用。”值得一提的是,2015年8月,国际空间站宇航员在太空收获所种植的生菜后直接食用,更生动地证明了航天育种的安全性。

  近年来,航天育种研究团队针对市场需求,在特优质、高抗病、轻简化品种选育方面取得新突破,近期育成的多个品种米质均达国标优质一级、高抗病虫害;在香型丝苗品种培育方面也取得系列进展,所选育的“华航聚香”系列品系在生产上表现突出。“得益于生物技术的发展,我们可以对基因进行定向利用,加快培育流程。当然,这批产品育成后,还需要通过国家认定品种审定,再到农民大规模种植,还需要约3年的时间。”郭涛说。

  我国种业市场规模将近千亿,但种业自主创新水平与发达国家还有较大差距,突破种业“卡脖子”关键问题,对确保“米袋子”“菜篮子”安全供给具有重要意义。

  此次深空空间诱变实验,有望帮助人类更深入了解水稻如何响应深空环境的分子及遗传机制,为探索生命起源、物种进化和宇航生物安全提供理论支撑;获取一批具有重要价值的优良新基因,并形成完善的关键基因利用技术体系,服务于水稻品种选育;选育一批高产、优质、多抗、绿色的水稻新品种,满足多元化产业需求,通过产学研合作推广应用,提升我国粮食安全水平。

  对中国育种业来说,嫦娥五号的太空之旅并非终点。随嫦娥五号“上天”的各类种子在实验室陆续出苗发芽,而打好种业翻身仗的“种子”也在悄然“萌芽”。

  (高娜  综合整理)

  《中国食品报》(2021年03月03日04版)

(责编:高娜)

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