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【智农分享】解密太空育种

近日，神舟十三号载人飞船返回舱在京完成开舱，工作人员开舱取出包括作物种子在内的搭载物品。(中国载人航天工程办公室供图)

近日，神舟十三号载人飞船返回舱在北京开舱，云南省政府、宁夏回族自治区政府、陕西榆林市政府、中国农业大学、北京林业大学、北京市农林科学院、中农发种业集团股份有限公司、航天育种产业创新联盟等单位搭载的作物种子顺利出舱。

什么样的种子能拿到太空旅行的珍贵“船票”?当一粒种子进入浩瀚太空，会经历怎样的奇妙旅程?“天选之种”又将如何改变我们的生活?记者采访了相关单位和专家，解密太空育种。

约12000颗种子搭乘神舟十三号返回地球，遗传稳定性高、综合性状好的种子才能脱颖而出“游太空”。

神舟十三号返回舱大底朝下、舱门朝上，身穿白色工作服的工作人员小心翼翼地爬上梯子，爬进舱内，将一个个用白布包好的方形包裹依次递给舱外的工作人员。做好登记等交接工作后，这些包裹便“物归原主”。

包裹里装着的是一粒粒种子。据悉，这次跟着3名航天员一起搭乘神舟十三号返回地球的有约12000颗种子。

“就药用植物来说，这次神舟十三号带回了云木香、铁皮石斛、天麻、薏苡仁等10种云南特色中药材种子，重量是61.8克。”云南省农业科学院药用植物研究所所长李荣福告诉记者，云南此次选送的太空搭载样品主要是“十大云药”和云南特色中药材，下一步将对搭载返回的种子进行生活力测定，选留部分种子保存在低温库中进行长期贮藏，其余种子按照相关技术规范进行育苗和大田栽培。

此前，神舟十二号飞船搭载了云当归、灯盏花、草果等5种中药材种子，以及262份羊肚菌菌株和22株乳酸菌株。“目前科研人员正在开展育种研究工作，已培育出部分中药材种苗。搭载返回的羊肚菌菌株均存活，部分已出菇菌株表现诸多优良性状。乳酸菌菌株已复壮16株，其中11株已进行菌株登记专利保藏。”李荣福说。

据了解，云南从2012年左右开始航天育种相关工作，在神舟九号、神舟十号、天宫二号、神舟十一号、实践十号等多次发射任务中，选送了中药材、花卉、核桃、咖啡、普洱茶等百余个品种的种子、枝条、菌种“搭车”上太空，共计5400多克。

搭载神舟十三号返回的不仅有中药材种子，还有水稻、食用菌、生菜等各类植物种子。它们来自不同地区、单位，有些侧重于基础研究，有些则侧重于品种培育，可谓“八仙过海、各显神通”。

“依托航天育种产业创新联盟，我们搭载了紫花苜蓿、燕麦、中间偃麦草、红三叶等牧草种子21份，共计158克。”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，在选定紫花苜蓿和燕麦等牧草后，他们根据育种目标确定要搭载的品种或新品系，精选饱满、无损伤的高品质种子，从而提高种子从太空返回地球之后可以正常发芽的几率。

航天器载荷资源宝贵，每一克都要发挥最大价值。因此，种子进入太空的门槛不低，只有那些遗传稳定性高、综合性状好的才能脱颖而出，开启“太空育种”之旅。

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太空育种既要“上天”也要“入地”，最大优势在于变异率高、育种周期短，可在相对较短时间内创制出性状优良的种质资源。

太空育种，也称航天育种、航天诱变育种，是利用太空的特殊环境诱使植物种子发生基因变异，进而选育植物新品种、创造农业育种材料、丰富基因资源，是一种将辐射、宇航、育种和遗传等学科综合起来的高新技术。简单来说，让种子先“上天”再“入地”，经过筛选、杂交、鉴定等，最终形成新种质资源的过程就是太空育种。

“太空具有微重力环境，还有带电的高能粒子，我们搭载上去的种子和生物材料在受到弱辐射时会产生变异。利用太空搭载的这种变异，再回到地面上进行种植，选择那些可遗传且符合我们人类要求的变异，继而把它育成新品种。”国家植物航天育种工程技术研究中心主任陈志强解释道。

与传统育种技术相比，太空育种最大优势在于空间诱变材料的变异率高、育种周期短，可在相对较短时间内创制出高产、早熟、抗病等性状优良的种质资源。

“以前想找到一个新的育种材料，可能要历时十年、二十年，甚至得翻山越岭寻找自然突变植株，而航天任务能在相对短时间里带回大量突变材料。”航天育种产业创新联盟秘书长、中国空间技术研究院原航天生物总工程师赵辉说，航天诱变为育种家们提供尽可能多的基因源材料，为育种按下“快捷键”。从安全性上来说，没有导入任何外源基因的太空育种与常规辐射诱变育种，二者都是植物自身的基因组序列发生改变，培育出的产品都一样安全。

“我们做太空育种主要是考虑中药材传统选育耗时长，成本也高。”李荣福说，中药材是云南的重要产业，但其品种选育技术较传统农作物而言相对滞后。在中药材需求量不断增加、野生药材资源有限的背景下，太空育种技术能加快品种选育和人工规模化种植进程，丰富中药材种质资源库，推动中药材产业发展。

不过，航天诱变和“开盲盒”有几分相似。“在诱变过程中，种子的遗传物质为什么变、什么时候变、变成什么样，这其中存在着极大的随机性和不可控性。”赵辉说，在实际培育前，谁也不清楚种子存在怎样的突变。但整体来看，在太空环境中种子可能出现的变异幅度大、突变点位多，变异稳定性更强。

诱变具有随机性，性状可好可坏，因此地面选育很关键。地面选育需要进行多代筛选培育、优中选优，历时短则三五年、长则十余年，最终由农作物品种审定委员会审定，“天选之种”才算得到认证。

“从种子搭载返回到地面种植，再到培育出新品种，不同植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需要10多年时间。燕麦是一年生植物，时间会减少2到3年。”杨红善说。

以中药材滇龙胆为例，“从2013年6月神舟十号飞船搭载滇龙胆籽种开始，组培、选育、扩繁、栽种实验过程历时7年，终于筛选出优质、高产、高抗性的‘滇龙胆航天1号’、‘滇龙胆航天2号’、‘滇龙胆航天3号’品种，获得了国家中药材良种繁育基地认定。”云南省农业科学院院长李学林说。

我国太空育种始于1987年，目前已培育出260多个品种，年推广面积4000多万亩，产生直接经济效益超过2000亿元。

“载人航天工程在自身发展的同时，又可以带动相关产业升级，推动经济社会发展，与国计民生密切关联。”神舟十三号返回后，中国载人航天工程办公室主任郝淳在空间站建造进展情况发布会上说。

航天服务于国计民生，育种便是其中的典型。1987年8月5日，我国第九颗返回式卫星搭载着精挑细选的小麦、水稻、青椒等百余个品种的农作物种子，顺利完成了首次“太空之旅”。返回地球后，它们被分发至各地科研机构。经过杂交选育，这批种子中培育出了大豆“铁丰18”、棉花“鲁棉1号”等一批获得国家发明奖的优良新品种。

此后，种子便成了航天器的“常客”，品类既包括农作物、油料作物等的种子，也包括不同地方主栽特色品种和稀缺物种的种子。去年9月17日，神舟十二号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆，一同着陆的还有水稻、小麦、玉米等作物种子，石斛等中草药种子，以及大豆、马铃薯、甜瓜、葡萄、兰花、玫瑰花等水果花卉种子，甚至还有窖泥、酒曲等微生菌。

天上的育种试验不断，成果显著。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，在国际首次实现了太空空间植物开花结果。天宫二号进行了高等植物培养实验，首次在太空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。这也是我国首次成功进行植物“从种子到种子”的全生命周期培养。

地上的作物茁壮成长，收获颇丰。利用太空育种技术培育的农作物新品种在生产中推广应用，社会经济效益日益显现。山东省农业科学院原子能农业应用研究所利用返回式卫星搭载创新小麦种质资源，已选出一大批具有特异性状的突变体。其中，利用航天突变系“9940168”和“济麦19”进行常规杂交后系统选育出的高产小麦新品种“鲁原502”，年推广面积超过1500万亩，累计推广面积超1亿亩，成为我国三大主推小麦品种之一。

上过太空的种子也在丰富着百姓的餐桌。不少太空育种的成熟品种不仅是试验田里的“样本”，而且端上了普通人的餐桌。“北京市场约30%的草莓都是航天草莓、太空草莓，个头普遍比较大。”海南航天工程育种研发中心工程师姚彤说。

经过30多年的实践，中国通过航天育种已筛选新材料1200多份，培育水稻、小麦、大豆、蔬菜等新品种260多个，年推广面积4000多万亩。据初步估算，航天搭载育种已产生直接经济效益超过2000亿元。目前，我国太空育种的育成品种数量和推广应用范围处于世界第一位。空间诱变机理的研究水平和太空育种技术成果在农业上的推广应用水平，已经达到世界领先。

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航天育种为我国农业发展提供丰富的种质资源，助力攥紧“中国种子”、端稳“中国饭碗”。

航黄樱2号，无限生长型樱桃番茄，早中熟。果实椭圆形，成熟果黄色，果色亮，单果重20g左右，大小均匀，口味甜，不裂果……走进航天育种产业创新联盟位于北京市通州区的大棚，西红柿、甜瓜、辣椒等超过200个品种的作物正在勃勃生长。这些都是经历过太空之旅的种子后代，结出的果实在产量、口感、形状等方面普遍有“特长”。

种子是农业的“芯片”。2021年中央一号文件提出，“打好种业翻身仗”;中央全面深化改革委员会第二十次会议审议通过《种业振兴行动方案》;2022年中央一号文件提出，“大力推进种源等农业关键核心技术攻关”……实现育种核心技术攻关、解决“卡脖子”问题，太空育种是重要手段，也是我国打赢种业翻身仗的有力武器。

“我国的太空育种一开始就是以满足市场需要为目标，从促进国家农业发展、维护粮食安全、满足农民需求出发开展科研工作的。”国家航天育种工程首席科学家刘录祥说，改善作物品种是提高粮食产量的重要出路，航天育种为我国农业发展提供丰富的种质资源。

太空育种是新种质资源的有力补充。赵辉已在航天搭载领域耕耘了30余年，见证了我国太空育种的起步和发展。“打好种业翻身仗，小种子也可以迸发大能量。”在赵辉看来，太空育种能在较短的时间里，创造出目前其他育种方法难以获得的罕见突变基因资源，快速培育出突破性的优良品种，进一步保障国家粮食安全。

中国的牧草太空育种尚处于初始阶段。通过太空育种，杨红善的团队已经先后培育出质优稳定、丰产性状突出的“中天1号紫花苜蓿”、“中天2号紫花苜蓿”和“中天3号杂花苜蓿”三个通过国家审定的新品种。

紫花苜蓿有高蛋白、高产、抗逆等特点，对我国畜牧产业发展有重要意义。“苜蓿生产是我国农业产业的短板，目前我国每年要从国外进口苜蓿干草130万吨到150万吨。”苜蓿育种专家、中国农业大学生物学院教授王涛表示，与航天工程合作搭载苜蓿种子，对加快我国苜蓿育种进程大有益处。

今年，我国将完成空间站在轨建造，随后转入为期10年以上的应用与发展阶段。这意味着，未来会有更多种子“搭车进站”，在太空迎接“蜕变”。

“伴随我国航天事业的发展，太空育种事业也在不断创新突破。通过太空育种创制出具有自主知识产权的优质种质材料，选育出产业所需的优质、高产、抗逆性强的品种，对促进相关领域种业快速发展、保障国家种业安全具有现实意义。”李学林说。

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