在北京航天飛行控制中心翻拍的“神八”與“天宮”對接瞬間演示圖 新華社發(fā)
11月1日黎明，執(zhí)行我國首次空間交會對接任務(wù)的神舟八號飛船順利升空。“神八”此次對接的，是我國首個(gè)太空育種平臺——天宮一號。
航天育種也稱空間誘變育種、太空育種，是指利用返回式航天器和地面模擬空間環(huán)境裝置，通過空間環(huán)境對植物發(fā)生誘變作用，致使種子產(chǎn)生變異，再通過嚴(yán)格的地面選育過程，獲得優(yōu)良的農(nóng)作物品種。
農(nóng)作物種子，作為我國探索太空的神秘訪客之一，均出現(xiàn)在歷次神舟系列飛船的搭載任務(wù)中。在傳統(tǒng)育種遺傳資源尚顯不足且育種方法相對單一的情況下，航天育種已然成為保障國家糧食安全的一項(xiàng)重要戰(zhàn)略選擇。航天育種的誘變機(jī)理是什么？地面模擬因何無法取代？現(xiàn)代分子生物學(xué)手段在哪些方面無法企及？迄今為止，科學(xué)家對空間誘變機(jī)理尚不完全清楚。
“神八”發(fā)射升空后，將搭載誘變裝置對接天宮一號，驗(yàn)證科學(xué)家們的種種猜想。
空間誘變玄機(jī)幾重
一種楊樹樹種經(jīng)搭載誘變，返回后又經(jīng)地面培育，顯現(xiàn)出優(yōu)良的抗鹽堿性能。由此科學(xué)家們猜想，其誘變機(jī)理有可能是太空環(huán)境對該樹種的細(xì)胞膜蛋白通道產(chǎn)生了影響，致其不再吸收鈉離子。
這是空間誘變育種的一個(gè)典型例子——“意外”獲得某種需要的性狀，也不排除相反性狀的出現(xiàn)。然而令科學(xué)家感到困惑的是，無論結(jié)果好與壞，這種誘變機(jī)理依然充滿神秘。
以往，通過航天器搭載升空的作物種子，經(jīng)地面培育后，會顯現(xiàn)出不同的性狀：有的變大，有的變小，有的甚至變化為“零”。
在中國空間技術(shù)研究院航天育種專家龐欣博士看來，“誘變率一般為百分之幾甚至千分之幾，其中有益的基因變異僅為千分之三左右”。
在空間誘變機(jī)理研究方面，我國科學(xué)家進(jìn)行了大量的研究工作。有專家認(rèn)為，空間環(huán)境可引起生物基因組DNA堿基變異，造成DNA斷裂和重組，因此誘發(fā)變異。
在前不久舉行的“2011年航天工程育種論壇”上，中俄航天搭載項(xiàng)目中方首席科學(xué)家劉敏則強(qiáng)調(diào)，導(dǎo)致種子誘變的原因可能與植物基因組中的轉(zhuǎn)座子有關(guān)。轉(zhuǎn)座子是一種可移動(dòng)的遺傳因子。
“空間環(huán)境中什么因素可激活轉(zhuǎn)座子，哪些部位的轉(zhuǎn)座子易被激活，這些問題還有待探索。”劉敏在接受記者采訪時(shí)說。
雖然空間誘變存在諸多未解之謎，但其在育種方面的獨(dú)特優(yōu)勢仍無法被取代?？臻g搭載實(shí)驗(yàn)表明，其對種子基因的誘變率5倍于地面變異。這也意味著，地面模擬只能滿足空間誘變條件的一部分而已。
“高度500千米以下的近地空間區(qū)域，是航天育種的重要活動(dòng)區(qū)域。”中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院植物營養(yǎng)系主任于福同對記者表示。
中國空間技術(shù)研究院研究員蔡震波在前述會議上指出，此區(qū)域存在與地球環(huán)境具有較大差異的環(huán)境要素，其中，真空、地球磁場、粒子輻射、微重力是航天育種可利用的關(guān)鍵的空間環(huán)境資源。
航天育種“三部曲”
有別于返回式衛(wèi)星和宇宙飛船搭載——由于空間環(huán)境千變?nèi)f化，因而每一次太空旅行都帶有“隨機(jī)性”，這使得重復(fù)實(shí)驗(yàn)受到局限。
此次“神八”與“天宮”交會對接并建立空間實(shí)驗(yàn)室，將為我國航天育種提供長期的空間環(huán)境與穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)平臺，從而獲得空間誘變的精確數(shù)據(jù)。
在國家航天育種工程項(xiàng)目首席專家劉錄祥向記者描述的航天育種“路線圖”中，航天育種被分為搭載、進(jìn)宮、外掛“三部曲”。
“無論是放置在艙內(nèi)還是置于空間實(shí)驗(yàn)站的種子，畢竟（被）屏蔽了很多宇宙粒子，但可以期待在不遠(yuǎn)的將來，把種子掛在空間站外面充分接受宇宙線照射將會成為現(xiàn)實(shí)。”劉錄祥說。
迄今，我國已先后利用15顆返回式衛(wèi)星和7艘神舟飛船，搭載了上千種作物種子、試管苗、生物菌種與材料，獲得了大量產(chǎn)生變異的新性狀品種。
目前，我國擁有經(jīng)過太空搭載的農(nóng)作物共計(jì)9大類393個(gè)品系，育成并通過國家或省級鑒定的新品種達(dá)70多個(gè)。
未來搭載條件充沛
我國是世界上繼蘇聯(lián)和美國之后第三個(gè)掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國家，衛(wèi)星回收成功率達(dá)到國際先進(jìn)水平，這為我國航天工程育種奠定了基礎(chǔ)。
中國工程院院士、中國空間技術(shù)研究院技術(shù)顧問、神舟五號載人飛船總設(shè)計(jì)師戚發(fā)軔日前在接受記者采訪時(shí)表示，隨著我國空間站逐步建成，航天工程育種將擁有更多搭載機(jī)會，這為我國航天工程育種機(jī)理研究與應(yīng)用開發(fā)平臺建設(shè)創(chuàng)造了條件。
今年年初，航天工程育種技術(shù)及產(chǎn)業(yè)被納入我國“十二五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。國家相關(guān)支持政策紛紛出臺，核心內(nèi)容為加強(qiáng)航天工程育種技術(shù)研發(fā)并推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程；形成空間搭載長效機(jī)制；推進(jìn)航天育種服務(wù)現(xiàn)代農(nóng)作物種業(yè)體系。
目前，我國航天育種選育的作物品種涉及糧食作物、蔬菜、花卉、林木、經(jīng)濟(jì)作物、油料作物等。這些品種多數(shù)均通過國家品種審定，已取得良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。其中，搭載水稻DH-7較對照組提前抽穗，成熟期早于常規(guī)對照組20～25天。
記者了解到，“十二五”期間，中國航天科技集團(tuán)公司將承擔(dān)百顆衛(wèi)星（飛船、探測器）的發(fā)射任務(wù)。這也意味著，未來我國在航天育種方面擁有得天獨(dú)厚的搭載條件，在航天工程育種研究及開發(fā)應(yīng)用方面將取得新的突破。
摘自《科學(xué)時(shí)報(bào)》2011年11月2日
