搭載在神六上的植物種子是為了進行太空育種實驗。太空育種,是利用航天器將農作物種子送上太空,通過宇宙輻射、微重力、重粒子和弱地磁場等太空獨有的多種因素綜合作用,使種子的基因產生地面上難以實現的有益變異,從而縮短地面育種周期,提高育種效率,生產出地面育種所達不到的新品種。不是所有的種子經過太空搭載後,返回地面進行種植就是太空作物。種子經過空間搭載並返回到地面後,必須由專業的育種人員,經歷至少3-5年的選育過程,進行篩選淘汰穩定化試驗,從中篩選出壹些育種專家認為有價值的,或者有推廣應用前景的品系,進壹步穩定化以後,再經過至少2-3年的品種多點試驗後,報經國家或省、部級品種審定委員會認定,認定這是壹個新品種並指出適種區域進行推廣應用。
我國從1987年開始宇宙生命科學試驗,迄今已進行17次,主要是利用返回式衛星和神舟號飛船的載荷余量搭載,搭載總量達200多公斤,相當於壹顆中等生物衛星。我國太空育種不斷開花結果,迄今已育出20多個作物新品種。目前通過省級以上審定的作物品種有水稻、棉花、小麥、黃瓜、西瓜、芝麻、番茄、青椒等,其中不少已大面積推廣。目前,世界上只有美國、俄羅斯和中國成功地進行了衛星或宇宙飛船搭載的“太空育種”研究,美、俄進行的太空育種實驗主要是為了解決今後長期飛行中航天員在飛船和進入其他星球時食物供應和維持座艙環境的問題,而我國的太空育種是為了解決地球上人類生活問題。中國太空育種品種之多、範圍之廣、成就之大是世界上其他國家無法相比的。因此,我國的“太空育種”研究至今仍居世界領先水平。
神舟號載人飛船的發射,為我國的太空育種實驗做出了巨大貢獻。由於搭載種子不需要航天員在飛行中操作,不會影響飛船的技術狀態和主要任務,並且其重量輕、占的空間位置不大,因此在神舟號上可以搭載更多的植物種子並進行有關的實驗。自1999年發射神舟壹號以來,在6艘神舟號飛船中都搭載了植物種子,甚至搭載了試管苗。在神舟號飛船中先後將各種農作物、蔬菜、中草藥、樹種等種子送入太空。例如在神舟壹號上搭載了小麥、水稻、青椒、西瓜、蘿蔔、油菜和甘草、板藍等30多種中藥材種子;在神舟四號上搭載了甜瓜、蕃茄、西瓜、向日葵、蝴蝶蘭、煙草、雅安黃連槐、水稻、小麥、棉花、玉米、大豆、蔬菜、水果、藥材、花卉等上百種農作物和植物的種子或樣品。特別在神舟三號和神舟四號上,首次成功地搭載了植物的試管苗,神舟五號還搭載了來自臺灣的農作物種子。
神舟號上搭載的植物種子,經過地面的精心培育,其果實大小、營養物質的含量以及抗病蟲害等方面均獲得顯著改善。下面是壹些神舟號搭載種子實驗獲得的初步結果。
——搭載在神舟壹號、三號、四號、五號上的種子,經過地面反復試種、精心優選,終於培育出太空番茄、太空棉花、太空茄子、太空黃瓜、太空無籽西瓜等,並已達到了性狀穩定、抗逆性強的效果,比原來種子生長周期縮短、品質增強、更高產和更耐鹽堿。
——雲南省在神舟1-3號上搭載了水稻、煙草、花卉、蔬菜等經濟價值高的作物種子。雖然壹些種子還還處於初級培育階段。但有些高代種子,諸如青椒、番茄、菜葫蘆等,已經表現出高產、抗病、維生素含量高等特性。壹個黃瓜重達1500克、壹個青椒也可達到三四百克。預計明年可以進行鑒定,後年走進昆明的超市。可以預計,先行壹步的雲南將會培育出壹批經過太空誘變的奇花異草、蔬菜、優質烤煙、優質稻和玉米品種。雲南的市場上,太空果蔬的身影已經不遠。
——神舟壹號、三號和四號飛船搭載的太空藥材種子在中國藥材之鄉河北省安國市試種初獲成功,兩年來,已收獲板藍根籽種100多公斤、藿香25公斤、草決明25公斤、荊芥18公斤。這些產品具有鮮明的優勢:板藍根的植株健壯、根系大、葉片厚,主根環徑比同等生態條件下的品種粗壹倍左右,增產15%以上,同時具有明顯的抗病、抗逆優勢,有效成分也有所增加。
——神舟三號飛船上搭載的水稻已經在地面種植三代,表現出良好的早熟性能,提前成熟25天,它可以種植到西部高寒地方,使西部農民也吃上大米。
——神舟三號上搭載的樹莓,長得非常粗壯,明年會結果;搭載的花卉像紫葉酢醬草,今年在市場上投放了壹千盆。
——海門經濟開發區海門港航天育種基地的溫室大棚裏,搭載神舟三號、四號飛船後的壹些種子,經精心栽培後,已生根、發芽,目前已是壹片綠油油的喜人景象。
——搭載在神舟五號飛船的南瓜種子,經某生產基地的培育,生產出品質好、重量在300-400斤的“巨人”南瓜。
我國政府對太空育種十分支持。自1986年以來,在國家863計劃資助下,我國23個省市的70多家科研單位參加了多學科的研究,先後搭載了小麥、大麥、蘿蔔、茄子、谷子、甘草、百合、青椒、花生等多種植物進行航天試驗,還曾搭載過多種微生物、家蠶等品種。我國利用返回式衛星已先後8次進行了70多種植物400多個品種的太空育種試驗,誘變育成了壹系列高產、優質、多抗的水稻、小麥、番茄、青椒、芝麻等作物新品種、新品系,其中不少屬於具有突破性影響的優良突變。這些種子已在湖北、江西、廣西、黑龍江等地安家落戶,繁育後代。目前我國已有43個品系在大面積種植推廣,北京、上海、黑龍江、江蘇、甘肅、雲南等地都有太空育種基地。
航天育種為發展現代農業提供了新的技術支撐,“太空過客”的後代正在逐步走進人們的生活,走上人們的餐桌。2000年以來,僅上海市每年上市的太空椒就達5萬公斤。北京市平谷區生產的20噸“太空蔬菜”也開始正式上市。將來單季畝產達900公斤以上的水稻,長達13厘米的麥穗,成熟周期短、棉絨比普通棉花長的各種太空彩棉,營養豐富、重量增加3-4倍的辣椒,長1.2米、重1.5公斤的黃瓜,β胡蘿蔔素含量增加3倍的番茄,有三百朵花的萬壽菊,綠色的雞冠花,帶黑色旋轉條紋的杜鵑花……都將走入普通人家,使我們的生活更美好!
太空育種的食物安全嗎?受轉基因食品安全性問題的影響,人們對太空育種的安全性十分關心。其實太空食品和轉基因食品是兩回事。轉基因作物是用外源基因導入植物體內而培育出的新品種,如轉基因大豆是用非大豆生物甚至動物、微生物的基因導入而使其產生變異。而太空育種的植物是將種子放到太空微重力、高真空、宇宙射線輻射等環境下,誘使種子發生變異,這種變異和自然界植物的自然變異壹樣,只是速度和頻率有所改變。這種突變只是壹類基因產生與原來不同的等位基因,如高稈變矮稈,早熟變晚熟,從本質上看,它產生的染色體突變與雜交育種壹樣,太空食品的基因組不多也不少,原來是多少還是多少。所以專家們認為,不存在安全性問題。
太空中的細胞“婚禮”
在神舟四號上有壹個不大的黑色小盒子,它是我國自行設計和研制的壹臺細胞電融合儀。在這個小盒子中將舉行兩場“婚禮”,壹對新人是動物細胞,動物細胞的“新郎”是小鼠的B淋巴細胞,這是壹種可以產生抗體的細胞。抗體是對抗病毒的“克星”,可它有壹個致命的缺點,即在人體或動物的體外不能進行繁殖,不能傳宗接代。“新娘”是骨髓瘤細胞,在體外可以進行無限繁殖。因此,利用它們的各自優勢,讓它們結合,產生的後代就具有即可以殺病毒,又可以在體外進行無限繁殖的新品種。
另壹對新人是植物細胞。“新郎”是有液泡的煙草細胞,開的是黃花,“新娘”是脫液泡的革新壹號煙草細胞,開的是粉花,它們結合後,雜交出的後代開的是黃花,與父親相同,但它的形狀卻遺傳了母親的特征。它們結婚後生出來的孩子,將具有它父母的特性。這兩種煙草細胞在太空微重力環境下呆了6天零18小時。結果顯示,“聯姻”(融合)成功率為18.8%,成活率為53.6%,而地面對比實驗“聯姻”成功僅1.6%,成活率只有38%。“聯姻”成功率比在地面高出10倍。我國首次應用細胞電融合技術進行的這次太空植物育種實驗,將為培育抗病高產的良種作物開辟嶄新途徑。有些經濟作物如煙草、棉花、水果,糧食作物如大豆、玉米、水稻等,有的高產但抗病抗蟲能力差,有的口味單壹,有的抗病抗蟲能力強但不高產。將不同品種的細胞進行融合(聯姻),可培育出既高產又抗病抗蟲的新品種。
為什麽細胞的“婚禮”要在太空中進行呢?這是因為“新郎”和“新娘”的重量是不同的,在地球上有地心引力的情況下,它們在融合液中沈降的速度不同,不容易結合在壹起。太空中是壹種失重環境,所有的細胞都沒有重量了,它們在融合液中就很容易結合在壹起,這樣可以提高它們的生育能力和活力。國際上,在太空中進行這種實驗也很少,歐美各國都把它作為未來空間站的應用問題加以研究。
仰望星空,我們的心靈更廣闊,那片蘊藏著無窮奧秘的太空世界,將為我們建設美好未來生活提供更為廣闊的空間。(作者單位:航天員科研訓練中心)