世上最寬闊的是海洋，比海洋更寬闊的是天空。海洋孕育了地球上最初的生命，而浩瀚的宇宙又帶給我們無限的遐想。離開地球進(jìn)入太空，不僅意味著更廣闊的世界，也意味著更豐富的資源。來自宇宙的各種粒子和射線，以及奇妙的微重力環(huán)境，會(huì)讓農(nóng)作物產(chǎn)生更豐富的變化，有些變化正是育種家們苦苦追尋夢寐以求的。本期，就帶您走進(jìn)航天育種。 ——編者
本報(bào)記者王澎
6月25日晚上八點(diǎn)，長征七號(hào)運(yùn)載火箭從海南文昌航天發(fā)射中心首次發(fā)射，成功將載荷送入預(yù)定軌道，天宮二號(hào)空間實(shí)驗(yàn)室和神舟十一號(hào)飛船也將于今年升空并進(jìn)行對接試驗(yàn)。人類對宇宙的探索從未停止過，而碩大的宇宙對于育種家而言，也是個(gè)奇妙的寶庫，各類宇宙射線、微重力環(huán)境會(huì)誘發(fā)作物產(chǎn)生各種意想不到的變異，這也是很多育種家“腳踏實(shí)地”辛勤耕耘的同時(shí)，還不忘“仰望星空”的原因。
我國的航天育種始于1987年，到目前為止，我國利用返回式衛(wèi)星和載人飛船先后進(jìn)行了20多次、130多種植物、數(shù)千個(gè)農(nóng)作物品種的空間搭載試驗(yàn)。特別是2006年國家實(shí)施航天育種工程、發(fā)射“實(shí)踐八號(hào)”育種專用衛(wèi)星以來，我國在航天育種機(jī)理研究、技術(shù)創(chuàng)新、突變新種質(zhì)和新材料創(chuàng)制、新品種培育與產(chǎn)業(yè)化、人才隊(duì)伍建設(shè)等方面取得 顯著進(jìn)展，在水稻、小麥、玉米、棉花、大豆、油菜、芝麻、番茄、青椒和牧草等作物上誘變培育出通過國家或省級審定的航天作物新品種或新組合200多個(gè)，其 中“十二五”期間育成審定航天作物新品種40多個(gè)，并從中獲得了一些有可能對農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生重要影響的罕見突變材料。
記者在采訪中了解到，目前從事航天育種研究的主要是科研院所和高校，從事航天育種研究的種子企業(yè)卻為數(shù)不多。國內(nèi)一家大型種企的科研主管在談到多數(shù)企業(yè)不 采用航天育種的原因時(shí)告訴記者，航天育種的隨機(jī)性很大，很難針對某個(gè)性狀進(jìn)行定向改良，因此也很難融入商業(yè)化育種體系。
“我個(gè)人認(rèn)為，目前沒有哪一種育種方法可以做到定向育種。”中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所研究員、國家航天育種工程首席科學(xué)家、國家農(nóng)作物航天誘變技術(shù)改良中 心主任劉錄祥解釋說，“任何育種過程都離不開變異的篩選，育種就是在一定規(guī)模的群體里，通過一系列的評價(jià)來篩選符合育種目標(biāo)的個(gè)體。”
在劉錄祥看來，沒有篩選就沒有育種，誘變育種實(shí)際上是創(chuàng)造了一種擴(kuò)大變異范圍的手段。“我們所說的篩選是在一個(gè)變異的群體里篩選，這個(gè)變異可以是不同品種 間原有性狀基因的重新組合，也可以是原有品種內(nèi)新的基因的突變產(chǎn)生。有了變異之后，選擇出有育種價(jià)值的變異性狀，然后穩(wěn)定這些性狀以獲得具有表達(dá)這種變異 特性的個(gè)體和群體。”劉錄祥告訴記者，“航天育種是誘變育種的一種新途徑，它既然是一種育種方法，那么也要遵循這樣一個(gè)育種過程。只不過它的變異來自于空 間環(huán)境誘發(fā)出來的新基因或等位變異。”
商業(yè)化育種實(shí)際上是一種育種的組織模式，而不能被歸為育種方法。“我們所說的雜交育種、誘變育種、轉(zhuǎn)基因育種等，是不同的育種方法，而商業(yè)化育種不是一種 方法。”劉錄祥說，“企業(yè)選擇哪一種育種方法，完全取決于這一方法產(chǎn)生的品種能否滿足其需求。”
中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所與山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能農(nóng)業(yè)應(yīng)用研究所合作，選育的適合黃淮冬麥區(qū)種植的小麥新品種“魯原502”，就是以航天突變系優(yōu)選 材料9940168為親本，結(jié)合常規(guī)雜交選育的。據(jù)了解，“魯原502”以產(chǎn)量高、廣適性強(qiáng)為突出特點(diǎn)，先后通過國家、山東省和安徽省的品種審定。這個(gè)品 種在2015年秋播時(shí)，僅在山東省境內(nèi)播種面積就超過了1100萬畝。“‘魯原502’已經(jīng)由企業(yè)成功開發(fā)經(jīng)營和推廣，這個(gè)品種就是商業(yè)化育種模式選育的 產(chǎn)物。此外，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所利用航天誘變技術(shù)與常規(guī)育種相結(jié)合選育的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗倒伏小麥新品種‘航麥247’于2016年通過國 家品種審定。該品種在被正式審定之前就被種子企業(yè)“相中”和“跟蹤”，最終成功轉(zhuǎn)讓給了企業(yè)。我們不能想當(dāng)然地認(rèn)為航天育種就不能商業(yè)化。”劉錄祥告訴記 者，通過航天育種選育的水稻品種大概占我國航天技術(shù)育成品種總數(shù)量的近三分之一，例如福建省農(nóng)科院謝華安院士帶領(lǐng)的雜交水稻育種團(tuán)隊(duì)，通過航天誘變與雜種 優(yōu)勢利用相結(jié)合，成功選育出“航1號(hào)”、“航2號(hào)”和“航86”等多個(gè)優(yōu)良新恢復(fù)系及14個(gè)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)雜交水稻新品種，其中“特優(yōu)航1號(hào)”、“Ⅱ優(yōu)航1 號(hào)”、“Ⅱ優(yōu)航2號(hào)”和“宜優(yōu)673”等被農(nóng)業(yè)部確認(rèn)為超級稻品種，均滿足了商業(yè)化育種的需求，成功實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。
劉錄祥坦言：“我國航天育種的成效是很顯著的，既不要神話航天育種，也不要貶低航天育種。”有人說航天育種隨機(jī)性大，這可能是航天育種最顯著的特點(diǎn)之一，但在劉錄祥看來，隨機(jī)性也意味著多樣性。
“育種家的工作就是把符合實(shí)際生產(chǎn)需求的變異挑出來。”劉錄祥說，“不管是通過誘變獲得的變異還是通過現(xiàn)有品種雜交后獲得的變異，能把這些變異挑出來，穩(wěn)定傳遞下去，形成新個(gè)體并繁殖成一個(gè)新群體，這是育種家的工作。”
航天誘變、化學(xué)誘變、物理誘變等誘變育種是創(chuàng)造豐富多彩的變異資源的一種途徑，最終的品種還要靠育種家選育。“所有這些手段必須要與常規(guī)育種結(jié)合才能育出 品種。”劉錄祥說，“航天育種不是上天飛一圈就能出新品種的，歸根結(jié)底還是要與常規(guī)育種相結(jié)合。育種離不開篩選，篩選離不開變異，而變異又有多種多樣的來 源，各種方法各有所長。”
選育讓農(nóng)業(yè)生產(chǎn)更簡便的品種
王澎
有些植物為了在自然界中保護(hù)自己逐步進(jìn)化出了帶棘刺性狀。在人類農(nóng)業(yè)逐步發(fā)展的過程中，花椒、板栗、玫瑰、棗等植物慢慢走進(jìn)人們的視野，并被端上餐桌，而此時(shí)帶刺的性狀卻成了一道屏障。
北京懷柔的板栗遠(yuǎn)近聞名，每年8月板栗成熟的時(shí)候，卻總能聽到因?yàn)椴烧謇醣辉鷤陌咐?，甚至有些采摘者因?yàn)楸粔嬄涞陌謇踉业窖劬Χ?。花椒樹上的刺，對于花椒機(jī)械化采摘是極大的阻礙，在勞動(dòng)力成本日益上漲的今天，人工采摘已經(jīng)很難滿足產(chǎn)業(yè)化的需求了，少刺或無刺的品種才是花椒種植戶迫切需要的。
如今，在品種選育時(shí)，高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、多抗、廣適等性狀是好品種的“入門級”標(biāo)準(zhǔn)，在這些基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強(qiáng)適宜機(jī)械化耕種收、便于輕簡化栽培、方便加工等性狀，才是優(yōu)秀品種的特性。
近幾年東北和華北的玉米種植區(qū)正“刮”起了一陣“粒收”熱，農(nóng)民越來越看重玉米品種的早熟、抗倒伏、脫水快等性狀，為的就是要省去晾曬脫粒的環(huán)節(jié)，從田里直接收獲玉米籽粒。近兩年來，從玉米種企的選育方向，到玉米品種審定標(biāo)準(zhǔn)的制定與調(diào)整，都在向玉米機(jī)械粒收傾斜。更有業(yè)內(nèi)人士說，未來將是機(jī)收粒玉米的天下。
好品種，首先要好種。
現(xiàn)代農(nóng)業(yè)對品種的需求已經(jīng)不僅僅是豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)這么簡單了，減少中間環(huán)節(jié)、適宜規(guī)模化種植、方便采收和加工等性狀也逐漸走入了育種家的視野。
航天育種
助力選育無刺花椒品種
本報(bào)記者肖力偉
花椒，人們不可或缺的調(diào)味品。前些日子，陜西澄城水蓮古村史家河的“老史花椒籽”搭載我國首顆微重力科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星“實(shí)踐十號(hào)”，在太空“遨游”12天后，順利返回地球，返回西安航天基地。
多年來，花椒樹有刺不便采摘、不利機(jī)械化作業(yè)一直困繞著花椒種植戶，花椒太空“遨游”能否為這些問題的解決帶來轉(zhuǎn)機(jī)？臨近花椒采摘時(shí)節(jié)，在西安航天基地航天育種科技產(chǎn)業(yè)示范園，記者走訪了航天育種專家郭銳。
花椒產(chǎn)業(yè)呼喚科技帶動(dòng)
陜西是我國主要的花椒產(chǎn)區(qū)之一，主要分布在渭北旱塬及秦嶺山區(qū)。從2000年至今，作為退耕還林的主要生態(tài)經(jīng)濟(jì)林樹種，花椒種植規(guī)模不斷擴(kuò)大。2015年，全省花椒面積209.7萬畝，產(chǎn)量6.1萬噸，花椒已成為陜西農(nóng)民增收的又一重要支柱產(chǎn)業(yè)。
然而，陜西的產(chǎn)業(yè)花椒，從育種到種植、采摘、加工，基本都還停留在粗放生產(chǎn)階段。特別是表現(xiàn)在花椒品種上，大都以自然選擇而形成地方品種為主，主要靠椒農(nóng)自己留種。“目前，國內(nèi)外關(guān)于花椒育種基本止步于地方品種的提純復(fù)壯選拔。沒有品種更新，沒有種質(zhì)資源的保障，產(chǎn)業(yè)發(fā)展從何談起？”郭銳說。
據(jù)郭銳介紹，這些年雖然各地對花椒的種植、采摘都進(jìn)行了一些研究和改進(jìn)，成效卻并不大。花椒種植過程中，不管是田間養(yǎng)護(hù)，還是病蟲害防治，大都以農(nóng)民“土法”為主。尤其是采摘，花椒滿身是刺的先天特征，使得人工采摘困難，任何機(jī)械手段在它們面前收效甚微。此外，渾身是寶的花椒，卻只作為調(diào)味品之一為人知曉。具有高營養(yǎng)價(jià)值和深加工潛力的花椒核，大多被丟棄，即便是花椒油，也是通過最原始的加工手段生產(chǎn)而成。
“對這么一個(gè)種植面積廣、經(jīng)濟(jì)效益大的作物，卻沒有一個(gè)專門的機(jī)構(gòu)對其進(jìn)行科學(xué)深入的研究，缺少了技術(shù)支撐的體系，將很難有所發(fā)展！”說起科技對花椒的影響，這位航天育種專家不免憂心忡忡。
可喜的是，至去年以來，西安國家航天基地與國家林業(yè)局三北防護(hù)林建設(shè)局經(jīng)過多輪協(xié)商并達(dá)成合作意向，計(jì)劃在西安航天基地組建國家三北防護(hù)林種質(zhì)資源研究中心，選育耐寒耐旱耐貧瘠的經(jīng)濟(jì)作物，以提高三北防護(hù)林建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，降低建設(shè)成本?；ń纷鳛槠渲兄唬K于開始插上科學(xué)的翅膀。
培育無刺花椒成為首選目標(biāo)
在陜西大紅袍花椒的原生地——澄城水蓮古村史家河山寨，記者見到了為此次搭載提供種籽的椒農(nóng)史文保大伯和他的大侄子史紅斌。這叔侄倆怎么也沒想到自己竟然跟“高科技”有了牽扯。
在為此次搭載遴選種質(zhì)的時(shí)候，經(jīng)過反復(fù)對比，郭銳教授團(tuán)隊(duì)最終選擇了陜西大紅袍原產(chǎn)地的花椒種子。大紅袍花椒雖然味美價(jià)高，但是產(chǎn)量小，采摘收獲成本也很高。據(jù)史紅斌介紹，四斤多濕花椒，才能曬成一斤干花椒?；ń窐錅喩砩舷氯谴?，一個(gè)勞力一天最多采15斤濕花椒。“現(xiàn)在在我們這樣的山溝溝里，壯勞力都去打工了，基本就剩下老年人了，采摘成了大問題?；ń窐淙绻麤]刺，工具就能派上用場，該有多好。”史紅斌說。
“從太空回來后，這些種子已經(jīng)進(jìn)入專門的育苗溫室，給予不同的生長條件，還需要催芽等特別看護(hù)以保證苗子成活，沒問題了再播種。”郭銳告訴記者，培育無刺花椒正是他們團(tuán)隊(duì)的首選目標(biāo)。
從變異單株中尋求突破
后續(xù)研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容是篩選出特異性狀突出的變異單株。此次進(jìn)入太空實(shí)驗(yàn)的花椒種子是兩個(gè)具有代表性的品種：大紅袍和狗椒，前者是早熟品種，品質(zhì)好、產(chǎn)量小；后者是晚熟品種，產(chǎn)量大。郭銳介紹，經(jīng)過“太空一游”后，在宇宙射線、微重力、交變磁場等的影響下，種子的性狀會(huì)發(fā)生不同的改變。
太空環(huán)境對種子造成的性狀改變多是隨機(jī)的具有不確定性，科學(xué)家要做的是從這些隨機(jī)的不確定性中獲得意外發(fā)現(xiàn)。郭銳表示，從以往的育種經(jīng)歷來看，花椒這次太空“遨游”帶來了些許期待。“保障品質(zhì)和產(chǎn)量的同時(shí)，有關(guān)花椒無刺和采收機(jī)械化的理想在科學(xué)的手段下或許都將實(shí)現(xiàn)。”郭銳滿懷信心。
郭銳教授的期待源于多年在太空育種領(lǐng)域的研究耕耘。從2008年9月25日發(fā)射神舟七號(hào)開始自主搭載作物種子至今，在郭銳的主持下，西安航天基地航天育種科技產(chǎn)業(yè)示范園累計(jì)搭載過辣椒、石竹、甘藍(lán)、番茄、百合、蕎麥等15個(gè)種類的46份種子。其中，正在進(jìn)行第四代選育品種26份，第三代選育品種19份，第二代選育品種7份，性狀穩(wěn)定待鑒定品種2份，合作選育品種20余份。小麥、辣椒、豇豆、五彩石竹、雞冠花、百合等已經(jīng)進(jìn)入推廣試驗(yàn)階段。
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魯原502
采用航天突變系優(yōu)選材料9940168為親本選育。2011年通過國家審定，2012年通過山東省審定，2015通過安徽省審定。2012~2013年度安徽省生產(chǎn)試驗(yàn)畝產(chǎn)481.60公斤，較對照品種增產(chǎn)15.90%。2012年山東省播種面積174.3萬畝，2013年山東省播種面積343萬畝，2014年718.1萬畝，合計(jì)推廣1235.4萬畝。2015年山東省播種面積超過1100萬畝。
航麥247
由航天誘變技術(shù)與常規(guī)育種相結(jié)合選育而成。2016年通過國家審定，該品種高抗倒伏；穗粒數(shù)32，千粒重46克，分蘗力較強(qiáng)，畝穗數(shù)45萬；抗寒、抗病性較好。
宇椒7號(hào)
由航天誘變技術(shù)選育而成。該品種豐產(chǎn)性好，座果率高，單株可結(jié)果35～40個(gè)，抗逆性強(qiáng)、耐低溫、綜合抗病能力較強(qiáng)，可露天、大棚兩用。
中單901
由航天誘變技術(shù)與雜種優(yōu)勢利用相結(jié)合選育而成。該品種2013年通過四川省審定，在區(qū)試中產(chǎn)量超過對照品種11.2%，表現(xiàn)出高產(chǎn)、抗病、抗倒伏等特性。
由中國農(nóng)科院作物科學(xué)研究所提供
