航天育种：上天入地，只为攥紧“我国种”

跟着我国空间站年代的到来，航天育种将拓荒一个衔接太空和地上、未来与实际的全新范畴，定时的发射和回来、舱表里的空间诱变环境、更多的重要载荷，必将为育种研讨供给愈加丰厚的航天资源和保证，必将创制出更多的新资料、新种质、新资源，从而为我国处理种源“卡脖子”问题，完结种业科技自立自强、种源自主可控，更好地发挥作用。

这是“太空同款”拟南芥培育单元中拟南芥开的花。 新华社记者 张建松 摄

科学家们还无法判别，这次空间微重力条件下水稻“从种子到种子”全生命周期的培育试验能否成功。就像35年前，科学家们想不到我国农作物种子的初次太空之旅会带来什么相同。

时刻自会给出答案。当天上和地下相连，当逐梦天穹的航天与扎根大地的育种相遇，“航天育种”的美妙轨道就此敞开。

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偶尔的发现，

敞开育种新空间

与此一起，咱们的“太空之家”里，还安静地躺着万余颗种子，等候被世界射线击中；在地上的试验室、试验田，有更多不同植物的种子上天后又钻入地下，接受着育种专家们细致入微的选育。

现在，科研范畴关于航天育种的认知和使用已较为体系和老练。但是，35年前，却是一次看似偶尔的行为，敞开了一个全新的范畴。

1987年8月5日，我国第九颗回来式科学卫星初次搭载一批水稻、西红柿、青椒等农作物种子成功发射。其时的科学家现已把握了地上辐射育种技能，企图凭借航天技能，经过航天搭载及其空间诱变取得更丰厚的、有价值的变异资料，一起也进一步验证“空间环境对植物的遗传性状会有什么样的影响”。

回来地球的种子，进行一系列试验后，科学家们惊喜地发现，产生了一些意外的基因遗传变异。更要害的是，有些变异正是人们一向期盼的。由此，拉开了我国经过空间诱变进行植物航天育种的前奏。

1994年，刘录祥的搭档将红小豆送上太空。回来地球培育后，红小豆的籽粒和豆荚都产生了奇特的改变。这让刘录祥深深感到了航天育种的威力，从此跟航天育种结下不解之缘，成为我国最早一批从事航天育种的科学家。

“航天育种看上去很奇特，但其实并不奥秘。”现在已是国家航天育种工程首席科学家、国家农作物航天诱变改进中心主任、我国农业科学院作物科学研讨所党委书记的刘录祥说，航天育种又名太空育种、航天诱变育种，是将种子置于太空特别环境中，在微重力、弱地磁、强辐射、高真空、超低温、极洁净等极点条件作用下，种子内涵基因或许会产生变异。“不管是航天育种，仍是其他育种，归根到底都是发现变异，然后使用变异的进程。”

千百年来，人类从吃饭到出产日子都要依靠植物，一向在寻觅更优异的作物种类。“育种家”们从天然界搜集具有优异性状的种质资源，经过种类选育，让满意出产需求的性状固定下来、传达开去。但一代代的育种都只能在地上进行，直到现代航天科技发展起来，为诱发种子变异带来了或许，也为取得更丰厚的种质资源供给了或许。

不过很少有人知道，“航天育种”是咱们国家航天技能在种业科技立异范畴独具特征的使用。我国的航天育种比较较美国、俄罗斯这样的航天大国，展开的研讨规划、使用作用愈加杰出。

早在20世纪60年代，美国、苏联就认识到太空环境可以诱发植物种子基因产生变异，开端探究空间条件下植物成长发育规则，意图是制作“会飞的农场”，处理宇航员及未来地球星际移民在太空中长时间生计和日子。美俄等国可耕土地多，农作物资量大，服务地上育种的急迫感并不激烈；我国则彻底不同，人口众多，犁地偏少，保证粮食安全的使命愈加急迫。端稳“我国饭碗”，完结种业科技自立自强、种源自主可控，特别需求更多更优质的种质资源来处理实际问题。

“先天不足”更要“后天尽力”。始于偶尔的发现，便成为了特别国情之下立异种质资源、保证粮食安全的必定。

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“上天”仅仅第一步，

要害是“下地”后

“太空种子并不是简略搭载出来的，而是在回来地球后，经科研人员多代挑选、培育出来的。”刘录祥解说道，依据屡次试验的累计计算，送入太空逗留数天的种子，基因骤变尽管高于天然变异的水平，但均匀也只要千分之几的概率。而在这些变异种子中，朝着抗倒伏、抗病虫灾、早开花、早老练和高产值等人们所等待的方向转化的，更是少量。更多的则是某些重要基因被世界高能射线破坏掉，反倒使植物的生机降低了。“这些都是随机产生的，不是人类所能主导的。”

上天仅仅走完“万里长征一小步”，最深重和最重要的作业是后续在地上完结的。以小麦为例，搭载回来的种子叫作“第一代种子”，要悉数种下去。第一代植株有时会体现出一些生理变异性状，但科研人员仅仅查询记录下来，不做任何挑选，因为第一代挑选差错大。收成的种子再种下去，长出来的叫第二代，这才开端选长得“好”的种子，例如挑选变矮秆的，以增强抗倒伏功能；挑选穗子变大的，以进步产值；挑选变早熟的，以提前收成期等。变异是随机的，但可以依据育种方针进行定向挑选。经过挑选，挑选出第三代具有性状骤变的植株，收成种子继续耕种，意图是看这些骤变性状能否真实安稳遗传。经过进一步挑选，再进行必定规划的集体比较试验，还要拿到多个试验点异地试种判定。经过重复培育、层层挑选和验证等科学研讨，种子假如接连几年都体现很好，产值和质量超越对照种类，才干够请求国家或省级的种类审定。经过审定认可的种类才干叫“太空种子”，并推向商场。

在刘录祥看来，航天育种仅仅一种办法，回到地上后的选育办法与惯例育种没有太大差异。“育种进程中最首要的作业是确认育种方针，要环绕育种方针进行挑选，树立自己的体系。变异是随机的，但挑选有必要是定向的。比方说，要挑选抗旱节水的资料，就需求培育在约束灌水或干旱条件下挑选；要挑选抗白粉病、抗赤霉病、抗叶锈病的骤变资料，就需求在接种这些病菌的条件下判定挑选；而挑选优质、养分多元的骤变资料，则需求辅佐质量养分成分测验等。”

“不管是做哪种育种办法，下地是最基本的中心要素。下地次数及下地质量与种类产出、种类作用质量高度正相关。”刘录祥说，“即使结合了分子符号辅佐挑选的办法，终究能否选出种类，仍是要靠育种家的眼睛在田间‘面试’。骤变挑选有时就像海选艺人相同，海选几率尽管不是很高，但假如能挑选到一些具有重要育种价值的骤变基因，就有或许带来育种作业的重大打破。”

为了查询诱变子孙的性状变异，每天奔波在试验田与试验室之间，是育种科研人员的作业常态。育种家往往要阅历4到8年乃至更长时刻，结合生物优选方法，经过多代挑选、筛选、试种、审定，将诱变优异的基因在惯例培育中安稳遗传，每一个环节都要过关，终究才干取得具有优质、高产、早熟、多抗性等优异性状的新种类。

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寻求更多种质新资料，

航天搭载从未中止

2020年11月24日，40克约2500粒“航聚香丝苗”水稻种子搭乘嫦娥五号勘探器升空，历经22天21时29分的飞翔后，随嫦娥五号回来器顺畅回来地球。与以往不同的是，此次搭载完结了水稻种子深空环境诱变育种的初次打破。这些种子内含4万个基因，经过定向盯梢，发现可使用的优异基因。

“现在是第四个代代的培育了。”航天育种中心主任郭涛告知记者，“现在现已发现了在产值、质量和抗病性上的一些特别变异，共有近120个新资料。有一些重要的资料，咱们正在进行比较试验，预期可以很快构成一些品系。”

2021年3月29日，华南农业大学国家植物航天育种工程技能研讨中心王加峰博士为刚刚插秧太空稻的试验田插上写着“CE-5”的标识牌，这是嫦娥五号的拼音缩写。当日，嫦娥五号搭载的太空稻种脱离研讨中心温室，移栽到试验田基地。新华社记者 刘大伟 摄

航天育种工业立异联盟秘书长、我国空间技能研讨院原航天生物总工程师赵辉介绍说，“自1987年以来，每一次回来式卫星发射都搭载了种子。载人航天工程施行以来，在神舟飞船、天宫试验室、天舟飞船、空间站天和中心舱、问天试验舱等每一次飞翔使命中都安排了航天育种搭载试验项目，至今现已完结40屡次航天育种搭载试验，是世界上仅有继续凭借航天技能展开育种研制的国家，取得的科研作用和使用作用也是最为明显的。”

值得一提的是，2006年9月9日，我国首颗、也是全球第一颗专门用于航天育种研讨的回来式卫星“实践八号”被发射上天。这颗“前所未有”的卫星，一次搭载了粮棉油菜果花等9大类2000余份、约208千克的种子，包含水稻、麦类、玉米、棉麻、油料、蔬菜、林果花卉和微生物菌种等152个物种，在太空飞翔15天后顺畅回来地上。由刘录祥领衔的这项工程，还在卫星上装载了多项空间环境勘探设备，用于勘探空间环境辐射、微重力和地磁场等环境要素，展开空间环境要素诱变育种的比照研讨。

这次“专乘”可谓我国航天育种范畴的里程碑式事情。除此之外，航天育种更多时分只能“搭乘”。“每次搭载使用的是载荷余量。”赵辉解说说，“发射航天器时，要求质心笔直，为处理这个问题，需求在航天器里加上配重。假如把配重替换，放入相同分量和比重、并且还有用处的东西，比方试验设备，就能完结空间资源的充分使用。”

因为航天体系工程杂乱程度高、技能跨度大，每一点荷载容量都弥足珍贵。“资源有限”的情况下，可以跟从航天器进行“太空游览”的种子需求经过“千挑万选”，把具有清晰研讨意图和育种方向、具有重要研讨和使用价值，真实可以代表同类植物“最先进、最优异、最强壮”功能的种子找出来。这就比如要安排运动员去参赛，总得把体能最好、体质最强、练习最多的运动员选出来。因而，带上太空的种子，有必要是遗传性安稳、活性好、归纳性状优异的种子。

也有人质疑，功能优异的种子就算不上天，选育出的子孙也不会差，并且与太空诱变比较，在地上人工诱变环境下，辐射、气压、磁场等可以做得更可控，航天搭载有必要吗？

上世纪八九十年代开端，各种地上诱变试验相继展开。经过“微重力试验室”“零磁空间试验室”“伽马射线”“高空气球”等手法，加强各种“非正常要素”对种子细胞和基因的影响，促发更频频、更深入的变异。刘录祥说，航天搭载的试验时机究竟有限，为完结一年屡次试验，育种家会挑选在地上使用高能加速器模仿世界粒子等辐射技能展开种子诱变作业。“这样咱们做试验的时机更多，处理的种子量可以更大，有时机不断改进。”

“空间诱变和地上人工诱变互为补充，各有优势。”赵辉说，太空环境是地上无法模仿的，也是难以持久坚持的。研讨标明，航天诱变的成活率比地上辐射诱变高许多，一般能到达90％以上。“与传统地上诱变育种比较，航天诱变具有变异率高、变异起伏大、有利变异多、安稳功能强等特征，可以极大丰厚育种资料。”

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航天育种逐步多元化，

农产品早已走上餐桌

“航天育种走过35年，一大批新种类早已走进商场、走上餐桌，服务着人们的日子。”赵辉笑说，“但一起，大都航天种类在外观上并没有那么夸大。”

自1987年以来，我国先后使用各类航天器，搭载植物种子、菌种、试管苗等4000余种，培育的小麦、水稻、玉米、大豆、棉花和西红柿、辣椒等园艺作物新种类，经过国审和省审的航天育种新种类超越200个，累计培育面积1.5亿亩，工业化推行发明经济效益2000亿元以上。在牧草、林木、花卉等范畴也有必定规划推行使用，还取得了一些对产值、质量有打破性影响的资料。

从粮食作物、到蔬菜水果、再到花卉牧草等，航天育种方向越来越多元化，在要害技能开发、重要种质立异、种类选育及作用工业化方面取得许多作用，为攥紧“我国种子”、端稳“我国饭碗”奉献着力气。

福建省农业科学院谢华安院士团队使用航天诱变育种技能创制启航1号、福恢673等一系列强优康复系，进一步与杂种优势使用技能相结合，培育出特优航1号、Ⅱ优航1号、宜优673等十几个高产优质超级稻和再生稻种类。再生稻最高亩产超越1400公斤，累计推行使用3000多万亩，获福建省科学技能进步一等奖2项。

Ⅱ优航1号。（来历：我国农业科学院作物科学研讨所）

现在我国航天育种单个种类推行面积最大的小麦种类，是刘录祥团队和山东农科院李新华团队协作育出的鲁原502。它是使用航天骤变系“9940168”和“济麦19”进行惯例杂交后，体系选育出的高产小麦新种类。因为具有优异的高产性、稳产性和广适性，2018年当年推行使用面积超越2000万亩，成为我国第二大主推小麦种类，增产作用明显，也因而取得2019年国家科技进步二等奖。到现在，“鲁原502”累计推行面积超1亿亩。

此外，使用航天诱变育种技能培育的牧草、花卉、林木、微生物等不同范畴，都有成功的种类面世。

“中天1号”紫花苜蓿是以2002年“神舟3号飞船”搭载的紫花苜蓿种子为根底资料选育而成，2018年经过国审，挂号为牧草育成种类。“‘中天1号’养分物质和产草量都很高，叶片以5叶为主，种类多叶率达35.9％，而国外引入的首要多叶种类的均匀值仅为6.31％。干草产值均匀为每亩1035.33公斤，比对照组均匀高产12.8％，国家区域试验最高干草产值达每亩1789.9公斤。”谈到“中天”系列，我国农科院兰州畜牧与兽药研讨所抗逆牧草育种与使用团队首席科学家杨红善很是骄傲，“‘中天2号’‘中天3号’苜蓿和‘中天4号’燕麦，都相继经过了国家或地方种类审定挂号，在牧草的质量、产值以及抗性等方面各有偏重，都有不俗体现。如‘中天2号’在多叶率、干草产值和粗蛋白质含量等指标上，相对‘中天1号’又进一步进步了，在构成苜蓿工业化方面具有种类资源优势，推行使用远景宽广。”

杨红善介绍说，团队牧草航天育种研讨，至现在现已先后经过不同太空飞翔器10次搭载了10类80份首要的草类植物种子进行航天诱变，其间神舟11号飞船上搭载的紫花苜蓿试管苗试验取得成功。

航天育种搭载试验仍在继续，关于新资料、新种质的探究也在继续进行中……

本年5月份，神舟十二、十三号航天育种试验项目清单发布。88家单位的上千件（份）作物种子、微生物菌种等航天育种试验资料可谓丰厚多样。其间有不少搭载试验资料在轨驻留六个月以上，时刻最长达326天，是我国航天器搭载试验在轨时刻最长的一个批次，相关搭载单位和专家等待后续能有新的发现。

6月5日，搭载神舟十四上天的种子，除了主粮作物种子外，还有新疆的苏丹草、骆驼刺、伊犁绢蒿和驼绒藜等牧草种子，福建的福鼎白茶、福州龙岩的杉木和米老排种子，湖南的辣椒种子，黑龙江的甜菜、蔓越莓种子等，这些试验资料包括许多学科和范畴的根底研讨、种质资源创制、新种类选育。

“就药用植物来说，神舟十三号带回了云木香、铁皮石斛、天麻、薏苡仁等10种云南特征中药材种子，分量是61.8克。”云南省农业科学院药用植物研讨所所长李荣福告知记者，下一步将对搭载回来的种子进行日子力测定，选留部分种子保存在低温库中进行长时间储藏，其他种子依照相关技能规范进行育苗和大田培育。

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我国空间站年代，

为航天育种拓荒新范畴

就在一个月前，问天试验舱成功与天和中心舱交会对接。这次，问天试验舱装载了生命生态试验柜，展开拟南芥和水稻在太空“从种子到种子”（在太空发芽、开花、健壮）全生命周期试验。现在拟南芥和水稻种子均已长出麦苗。

实际上，此前我国已开端着手研讨地上高等植物在空间环境下的成长发育。在“天宫二号”试验室中，航天员成功种出了绿莹莹的生菜；10株西红柿苗随神舟八号上天，17天后回来地上，科研人员惊讶地发现，西红柿苗都是活的，有8棵现已开花结果，并且有的现已转红挨近老练。

据了解，曩昔60余年中，国外科学家关于在空间培育和培育植物进行了很多研讨，研讨要点逐步从植物麦苗阶段扩展至种子出产研讨。但是到现在，只要油菜、小麦、豌豆等少量几种作物在空间完结了“从种子到种子”的试验。

刘录祥表明，“会飞的农场”“在火星种马铃薯”与航天育种是两个不同的方针和方向。航天育种致力于服务地上人类，培育产值更高、质量更优、抗逆性更强的作物种类；而“在火星种马铃薯”则是为人类逐梦深空供给空间生命支持体系，抢占未来太空长时间居留和科技日子制高点。

当航天员需求在太空长时间作业日子时，乃至进行奔向月球、火星等深空探究时，日子问题将怎么处理？当人类终究需求向外星球移民，或许在月球、火星上树立用于科学研讨等永久基地时，怎么处理植物成长和农作物自给问题？这些指向人类未来的问题，都对农业育种研讨提出了新课题和应战。

但现阶段，航天育种的首要使命仍然是着眼国家粮食安全，打破育种瓶颈。种子是农业的“芯片”，种质资源现已成为重要的战略资源，航天育种是开掘优异种质资源的新途径，一旦成功，不只可认为粮食安全再加一层保证，也能极大程度发明出社会效益。

跟着我国空间站年代的到来，航天育种将拓荒一个衔接太空和地上、未来与实际的全新范畴，定时的发射和回来、舱表里的空间诱变环境、更多的重要载荷，必将为育种研讨供给愈加丰厚的航天资源和保证，必将创制出更多的新资料、新种质、新资源，从而为我国处理种源“卡脖子”问题，完结种业科技自立自强、种源自主可控，更好地发挥作用。

作者：农民日报·我国农网记者 白锋哲 李丽颖