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，再通過嚴格的地面選育過程，獲得優(yōu)良的農(nóng)作物品種。

　　今年，中國航天育種正迎來一個高潮。隨著天宮一號升空，神舟八號攜帶的育種誘變裝置將與其交會對接，由此開啟我國空間誘變育種實驗平臺建設(shè)的序幕。

　　上海世博會上小朋友在太空家園館太空育種廳內(nèi)觀看太空“花”開。背景為太空育種培育出來的“鮮花”。新華社記者　何俊昌攝

　　新華社記者　徐壯志　崔　瑩編制

　　本報記者 朱廣清

　　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，是我國首個太空育種平臺——天宮一號。

　　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重要戰(zhàn)略選擇。

　　航天育種的誘變機理是什么？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，驗證科學(xué)家們的種種猜想。

　　空間誘變玄機幾重

　　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，其誘變機理有可能是太空環(huán)境對該樹種的細胞膜蛋白通道產(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”。

　　在空間誘變機理研究方面，我國科學(xué)家進行了大量的研究工作。有專家認為，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，中俄航天搭載項目中方首席科學(xué)家劉敏則強調(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。”劉敏在接受本報記者采訪時說。

　　雖然空間誘變存在諸多未解之謎，但其在育種方面的獨特優(yōu)勢仍無法被取代。

　　空間搭載實驗表明，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)系主任于福同對本報記者表示。

　　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。

　　在接受本報記者采訪時，蔡震波強調(diào)，充分了解近地空間環(huán)境組成、分布、強度等基本特征，有助于掌握空間環(huán)境誘發(fā)生物種子變異的機理與規(guī)律，建立生物種子變異與空間環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)性。

　　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“隨機性”，這使得重復(fù)實驗受到局限。

　　此次“神八”與“天宮”交會對接并建立空間實驗室，將為我國航天育種提供長期的空間環(huán)境與穩(wěn)定的實驗平臺，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目首席專家劉錄祥向本報記者描述的航天育種“路線圖”中，航天育種被分為搭載、進宮、外掛“三部曲”。

　　“無論是放置在艙內(nèi)還是置于空間實驗站的種子，畢竟（被）屏蔽了很多宇宙粒子，但可以期待在不遠的將來，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。”劉錄祥說。

　　據(jù)介紹，早在1987年8月5日，中國航天科技集團公司空間技術(shù)研究院利用第9顆返回式衛(wèi)星，首次成功地進行了農(nóng)作物種子的太空搭載試驗。

　　2006年9月9日至24日，我國首顆專門用于航天育種研究的返回式科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星實踐八號，搭載我國與國際原子能機構(gòu)以及澳大利亞、韓國的種子，成功地進行了太空遨游。

　　實踐八號農(nóng)業(yè)育種衛(wèi)星的發(fā)射，凝聚了我國科學(xué)家十幾年的科學(xué)論證與研究積累，也是國家正式立項的重大科技項目。“這標志著中國育種衛(wèi)星科學(xué)實驗的正式開始，也預(yù)示著我國航天育種研究進入一個飛速發(fā)展的時代。”追憶中國航天育種歷史，劉錄祥無限感慨。

　　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9大類393個品系，育成并通過國家或省級鑒定的新品種達70多個。

　　40年前的1971年1月31日，美國宇宙飛船阿波羅14號飛往月球。曾為森林護林人的宇航員斯圖爾特·羅塞，在這次太空旅行時隨身帶去許多樹種。

　　阿波羅14號返回地球后，環(huán)繞月球接受高能粒子輻射的樹種，被陸續(xù)分發(fā)到美國60多個地方種植。后來，人們稱這些由太空種子長成的樹木為“月亮樹”。

　　今天，在世界范圍內(nèi)，太空育種甚至成為一種超出科技比拼的時尚。

　　據(jù)介紹，一直以來，發(fā)達國家基于雄厚的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)和較為先進的育種技術(shù)，其太空育種的主要搭載對象為香料與能源經(jīng)濟作物種子，而非糧食作物種子。同時，這些國家還為空間站選育出適合太空生長的蔬菜、花卉等。

　　既往，美國、蘇聯(lián)和芬蘭等國家曾先后開展航天育種實驗。其中，美國搭載的是玫瑰，旨在選育玫瑰高油新品種；蘇聯(lián)曾搭載過棉花和樅樹，如今這些作物與植物已在哈薩克斯坦大面積種植；芬蘭搭載的木薯今已成為高產(chǎn)能源植物。

　　如今，俄羅斯培育的太空棉花新品種，不僅棉絨長、斷裂強度大，而且產(chǎn)絨率高，極大地促進了其棉花生產(chǎn)；加拿大科學(xué)家獲該國航空局支持，已將其主要木材品種白云杉納入航天工程育種項目……

　　這一幅幅神奇的圖景，在航天搭載項目科學(xué)家劉敏眼中，恰恰標志著“一個航天育種實驗方興未艾的時代的來臨” 。

　　未來搭載條件充沛

　　我國是世界上繼蘇聯(lián)和美國之后第三個掌握衛(wèi)星回收技術(shù)的國家，衛(wèi)星回收成功率達到國際先進水平，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)計師戚發(fā)軔日前在接受本報記者采訪時表示，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會，這為我國航天工程育種機理研究與應(yīng)用開發(fā)平臺建設(shè)創(chuàng)造了條件。

　　戚發(fā)軔呼吁，應(yīng)將航天工程育種納入載人航天及空間站計劃，利用空間搭載實驗之機，搭建一個長期的科學(xué)試驗平臺，并形成長效機制。

　　2010年，戚發(fā)軔與十幾位航天和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的知名院士、專家聯(lián)名上書國務(wù)院，建議大力發(fā)展航天工程育種技術(shù)和產(chǎn)業(yè)，中央領(lǐng)導(dǎo)為此專門作出批示。

　　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)容為加強航天工程育種技術(shù)研發(fā)并推進其產(chǎn)業(yè)化進程；形成空間搭載長效機制；推進航天育種服務(wù)現(xiàn)代農(nóng)作物種業(yè)體系。

　　1987年，在“863”計劃航天項目支持下，我國利用兩顆返回式衛(wèi)星搭載了30多種植物種子、無性繁殖材料等生物樣品。

　　1988年，經(jīng)“863”計劃航天領(lǐng)域空間科學(xué)有關(guān)專家提議，我國設(shè)立了“空間條件下植物突變類型研究”的專門課題，組織有關(guān)專家探討空間環(huán)境誘導(dǎo)突變的可能性及應(yīng)用前景，并在空間搭載多種種子，且返回地面后進行種植、選擇，從此開始了我國航天育種的研究歷程。

　　2008年，科技部將航天工程育種列為國家“十一五”科技支撐計劃——空間環(huán)境農(nóng)業(yè)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范。

　　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，中國航天科技集團公司將承擔百顆衛(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。

　　太空育種歷程

　　外國

　　20世紀60年代初期，蘇聯(lián)學(xué)者就研究和報道了空間飛行對植物種子的影響。此后，美國和德國等許多實驗室對植物在空間條件下生長發(fā)育及其遺傳特性的變化進行了研究。

　　1984年，美國將番茄種子送上太空，逗留時間達6年之久，返回地面后經(jīng)科研人員試驗，獲得了變異的番茄，其種子后代對人體無毒，可以食用。

　　1995年，美國航天局又在北卡羅來納州立大學(xué)建立引力生物學(xué)研究中心，重點研究植物對引力的感受和反應(yīng)，以最終開發(fā)出適于太空旅行的植物。

　　1996年，俄美合作首次成功在和平號空間站培育和收獲了150個麥穗的墨西哥小麥。俄羅斯在太空種植小麥于1999年獲得成功。

　　1996年，美國布魯斯·巴格比研究出太空矮稈小麥，株高只有40厘米，生育期只有60天，這種小麥產(chǎn)量高出普通小麥的3倍，有可能適合太空生長。

　　美、日、西歐制定的21世紀太空計劃中，將植物在密封太空艙內(nèi)的生長發(fā)育引為重點，試種和培育豌豆、小麥、玉米、水稻、洋蔥、蘭花、郁金香等100多種植物。

　　中國

　　1987年，在“863”計劃航天項目支持下，我國利用兩顆返回式衛(wèi)星搭載了30多種植物種子、無性繁殖材料等生物樣品，開啟航空育種試驗之門。

　　2006年，實踐八號育種衛(wèi)星成功發(fā)射。實踐八號搭載了215公斤蔬菜、水果、谷物和棉花種子上天，航天育種的機理研究由此系統(tǒng)開展。

　　1987年至2011年，中國通過返回式衛(wèi)星、神舟號宇宙飛船、高空氣球等工具進行了共20多次、1200多個品種的航天工程育種搭載試驗。

　　2011年9月，天宮一號成功升空。天宮一號搭載了普陀鵝耳櫪、大樹杜鵑、珙桐、望天樹四種瀕臨滅絕的植物種子進入太空，進行航天育種。

　　2011年11月1日，神舟八號飛船順利升空，搭載誘變裝置對接天宮一號并建立空間育種實驗平臺。