航天育种：上过太空的种子有啥不一样？能放心吃吗？

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国家太空育种工程首席科学家刘璐向我们揭示，上过太空的种子到底有哪些不同？太空培育的农产品能安全食用吗？最终目标是在火星上种植土豆吗？

前不久，神舟十三号飞船乘员经过183天的太空飞行返回地球，随行的还有3名航天员携带的1.2万颗种子。

为什么要把那么多种子带到太空？从偶然被宇宙粒子击中的一颗种子，到“克服一切困难”培育出一个新品种；从创新种质资源服务农业生产，到丰富人们的餐桌，太空育种发挥了什么作用？

一颗幸运的宇宙粒子击中的种子

“民以食为天”，人们常用来形容粮食在人们生活中的重要性，如今，“粮食”又因航天育种而被赋予了新的内涵。

太空育种又称空间诱变育种，是将农作物种子或试管苗放置于返回飞船或太空舱内，利用宇宙射线、微重力、高真空等太空特殊环境的综合诱变效应，使生物本身发生基因突变。随后将种子送回陆地，由科研人员经过多代筛选和培育，形成性状稳定的新品种。

和航天员一样，送上太空的种子也需要经过严格筛选，符合一定条件的种子才能获得“入场券”。刘鲁祥说，能够送上太空的种子，必须综合性状优良、遗传稳定性一致、生命力强​​、发芽率高。

此外，由于种子进入太空后，突变具有随机性，育种者需要提前明确筛选目标。例如，现有的种子品种总体表现良好，但缺点是植株过高，容易倒伏，导致产量降低。因此，在现有种子经过太空诱变后，可以选择较矮的植株进行栽培。

▲航天诱变育种技术过程。（图片来源：农民日报）

那么，种子上天后会发生哪些变化呢？我们如何知道哪些种子发生了变化呢？

刘鲁祥说，种子经过太空旅行后，会发生一系列的变化。比如，小麦幼苗经过太空飞行后，生长速度明显加快，而高粱幼苗从太空返回后，生长速度则受到明显抑制。“但并不是每一粒种子都会发生变化，变化可能只有千分之一，甚至万分之几。”刘鲁祥说。

2006年，除了大量种子外，我国首颗航天育种卫星“实践八号”，还搭载了一系列用于探索空间环境的专用装置，其中就有一套特殊设备——核径迹板，可用来探测种子是否受到宇宙粒子撞击。刘鲁祥介绍，核径迹板为“三明治”结构，中间是种子，两边是核乳胶材料。在太空搭载后返回地面，可将核径迹板取出检测，加以区分。

“在显微镜下检查感光膜时，有些种子上会出现像‘鱼雷’一样的亮点。”刘鲁祥说，这肯定是种子偶然被宇宙粒子击中了。

经历“九九八十一难”

中国农业科学院作物研究所大厅里，一排排透明罐子里的太空种子陈列着，有鲁源502、杭麦247、杭麦501等小麦品种，有中鲁12号、中鲁13号等“中鲁”绿豆品种……各类农产品一应俱全。

▲杭麦247耳朵特写

“这些都是通过太空诱变或者与常规育种相结合培育出来的新品种”，刘鲁祥说。同时他澄清，很多人有一个误解，以为凡是送上太空的东西都是太空种子，其实不然。“上太空只是第一步，我们还要观察种子的基因有没有发生改变，能不能‘幸运’地选出基因发生改变的优良突变植株，然后再经过繁殖、多点试验等，最后能通过作物品种审定委员会审定的，才叫太空种子。”

刘鲁祥说，培育一个相对成熟的品种至少需要8-10年的时间，首先育种者需要进行4-5年的品种筛选、稳定、比选过程，之后还有4-5年的规定动作，即连续2年的品种比选试验、合格后2年的品种区域试验、1年的生产试验。

在漫长的育种过程中，任何一个环节出现问题，都可能导致前功尽弃。刘鲁祥说，如果某一年出现特殊病害，前功尽弃。“育种难度很大，每一项都要经过检验，包括产量、抗性、品质、市场价值等。试验过程中可能会有大量菌株被淘汰，只有通过品种审定的才叫航天种子，这占的比例非常小。”

太空培育的农产品可以安全食用

历经一路“艰辛”，太空种子终于可以登上普通百姓的餐桌。个头大如磨盘的南瓜、拳头大的甜椒、抗倒伏的太空小麦、个大味甜的太空草莓、维生素含量更高的辣椒……大大丰富了国人的味蕾。“在培育太空种子时，育种者不仅追求产量，还注重品质改良、营养改善等优良性状。”刘鲁祥说。

▲我国首个利用航天诱变育成的甜椒新品种

一些人担心太空种植的农产品是否安全，是否会有太空辐射残留。

刘鲁祥说，他早在1996年就曾做过实验验证这一问题。利用专业仪器设备对我国第十七颗返回式卫星携带的小麦种子进行了48小时的检测。结果显示，与地面对照组相比，在太空中飞行的种子没有增加任何放射性成分。也就是说，太空突变与自然界几亿年自然进化的突变过程本质上是一样的，可以安全食用。

▲豫繁1号番茄是我国第一个利用航天诱变育成的番茄新品种

同样，利用模拟太空诱变和地面核辐射诱变技术培育出的农产品，也可以安全食用。由于太空实验机会有限，为了弥补太空育种的局限性，实现一年多次实验、培育新品种，育种者在地面利用高能加速器和核辐射技术进行种子诱变。

刘鲁祥说：“这让我们有更多机会做实验，加工更大批量的种子，有机会不断改进。”近年来，刘鲁祥带领全国协作科研团队利用这些新技术培育了一系列粮食作物、油料作物、​​蔬菜、棉花等新品种，“这些都可以放心享用。”

（图片来自网络）

此外，一些人对航天育种与转基因的关系感到困惑。刘鲁祥解释，转基因是人工将某些优良性状的基因引入植物体内，改变其综合性状，已成为当今世界最前沿的生物育种技术之一。航天育种是利用太空环境加速种子本身的遗传变异，扩大范围，提高频率。

创造丰富种质资源服务农业生产

事实上，航天育种不仅关系到百姓餐桌，更关系到国家的粮食安全。种子是农业现代化的基础，种子是农业的“筹码”。目前，我国农业育种面临缺乏具有自主知识产权的种质资源的问题，严重制约着农业经济的快速发展。航天育种作为一种融合航天技术、生物技术与农业育种技术于一体的新型高科技育种手段，在种质资源创新、“守住中国种子”等方面发挥着重要作用。

与常规地面诱变育种相比，航空育种具有突变数量多、变异程度大、稳定速度快等优点，是培育高产、优质、早熟、抗病作物新品种、新种质资源的新途径。通过航天诱变，加速作物种子的突变进程，缩短育种周期，丰富育种材料。

1987年，我国第九颗返回式科学实验卫星首次将一批农作物种子送入遥远的太空。在实验过程中，科学家意外发现，几颗被送上太空的种子发生了一些基因突变，从而拉开了太空育种的序幕。中国空间技术研究院原总工程师、航天生物组组长赵晖曾介绍，发射卫星时，要求与卫星质心垂直。为了解决这个问题，就需要在卫星上加配重物。如果把卫星的配重物换掉，放进去一些同样重量、同样体积、有用途的东西，比如实验装置，就能实现空间资源的利用。事实上，正是出于这种想法，航天任务才诞生。

2006年，刘鲁祥作为国家航天育种工程首席科学家，负责我国乃至世界唯一一颗育种卫星“实践八号”的主要育种工作。“实践八号”搭载水稻、小麦、玉米、棉麻纤维、油料作物、​​蔬菜作物、林果花卉、微生物菌种及小杂粮等2000余个品种，约208公斤种子材料，为我国育种研究贡献了丰富的资源。

从1987年至今，我国利用返回式卫星、神舟飞船等航天器进行了30多年的探索和系统研究，航天育种在国际上处于领先地位，取得了十分重要的成果，培育出近300个新品种，产生了巨大的社会效益和经济效益。

“在推广应用方面，通过航天诱变技术或航天诱变与其他育种技术相结合培育的新品种，全国大概有3000万到5000万亩，按照平均每亩增产20公斤计算，粮食增产产生的社会效益和经济效益非常显著。”刘鲁祥自豪地向记者介绍道。

对于航天育种的产业化，刘鲁祥认为，这跟利用其他育种手段培育新品种的产业化应该没有太大区别，最重要的任务就是梳理品种的特性，将良种、良法在其适宜的地区进行搭配，实现区域推广和效益最大化。

▲绿源502单株

目前，我国航天育种推广面积最大的小麦品种为鲁元502，由山东省农科院刘鲁祥团队与李新华团队联合育成。由于其丰产稳产、适应性广等优良特性，2018年推广应用面积突破2000万亩，成为全国推广面积第二大的品种，增产效果十分显著，并于2019年荣获国家科技进步二等奖。

“农民如果选择种植鲁源502小麦，同等面积、同等投入，产量和效益将得到有效提高。”刘鲁祥说。

最终目标：在火星上种植土豆？

据称，太空育种的最终目的不在地球，而是实现“在火星上种土豆”的愿望。

对此，刘鲁祥表示，“火星种土豆”与太空育种其实是两个不同的目标和方向。太空育种是利用太空环境诱导种子，致力于服务地面人类，培育出产量更高、品质更好、抗逆性更强的作物品种；而“火星种土豆”则是为人类追寻深空梦想提供空间生命保障系统，抢占未来太空长期居留和​​科技生活的制高点。

其实早在上世纪50年代末60年代初，苏联和美国科学家就开始利用各种航天器进行数百项植物实验，其中一些植物在太空中完成了整个生命周期，并产生了一些新鲜的食物供应。2021年10月29日，国际空间站上的宇航员品尝了种植周期为4个月的太空辣椒，并亲手制作了太空玉米饼。剩余的辣椒被带回地球进行研究。据悉，这是迄今为止国际空间站上最复杂的植物实验之一，而克服在微重力环境下种植水果和蔬菜的挑战对于长期的太空任务非常重要。

赵晖曾说，我国在实施载人航天、深空探测计划的同时，已着手研究地面高等植物在太空环境下的生长发育，以打造可控的太空生态系统，让人们在太空环境下获得氧气、水和食物来源。在天宫二号实验室里，航天员已成功培育出绿意盎然的生菜。

2022年是我国空间站建设的决战决胜之年。据中国载人航天工程办公室消息，今年中国空间站将完成在轨建造。目前，空间站建设阶段两次载人飞行任务的航天员组已选定。未来，中国空间站将有人类居民长期生活工作，并开展更多科学研究。

无论是“火星土豆”，还是“太空种子”，航天育种技术正向更高质量、更高水平迈进，与其他育种技术一起，将壮大我国的“农业核心”，做好“中国种子”，创造“中国粮食”新的奇迹。