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發展現代農業,必須大力發展現代種業。我國航天技術的迅猛發展,催生了航天育種事業。航天育種,爲現代農業的發展和糧食綜合生產能力的提高,提供了新的動力。
太空中進行變異和育種
新型育種形態,產出“太空種子”
航天育種,就是把普通種子送往太空,使其在太空中的獨特環境下進行變異的育種。國家航天育種工程首席科學家、國家農作物航天誘變技術改良中心主任劉錄祥研究員娓娓道來。
種子篩選,是航天育種的第一步,這一程序非常嚴格。帶上太空的種子,必須是遺傳性穩定、綜合性狀好的種子,這樣才能保證太空育種的意義。
天上誘變,是航天育種的第二步。利用衛星和飛船等太空飛行器將植物種子帶上太空,再利用特有的太空環境條件,如宇宙射線、微重力、高真空、弱地磁場等因素對植物的誘變作用,使種子產生各種基因變異,再返回地面選育出植物的新種質、新材料、新品種。
劉錄祥表示,誘變具有隨機性,在一定程度上是不可預見的。在太空特定條件下,不是每顆種子都會發生基因誘變,誘變率一般爲百分之幾甚至千分之幾,有益的基因變異僅是千分之三左右。即便是同一種作物,不同的品種,搭載同一顆衛星或不同衛星,其結果也可能有所不同。航天育種是一個育種研究過程,整個研究最繁重和最重要的工作是在後續的地面上完成的。
地面攻堅,是航天育種的第三步。由於這些種子的變化是分子層面的,想分清哪些是我們需要的,必須先將它們統統播種下去,讓它們自交繁殖,一般從第二代開始篩選突變單株,然後將選出的種子再播種、篩選,讓它們自交繁殖,如此繁育三四代後,纔有可能獲得遺傳性狀穩定的優良突變系,其間還要進行品系鑑定、區域化試驗等。這樣,每次太空遨遊過的種子都要經過連續幾年的篩選鑑定,其中的優系再經過多年多點的考驗和農作物品種審定委員會的審定才能稱其爲真正的“太空種子”。
農以種爲先。優良品種是農業發展的決定性因素,對提高農作物產量、改善農作物品質具有不可替代的作用。我國航天育種的目標,是通過航天育種工程項目的實施,擬選育一批高產、優質、高效的農作物重大新品種,使主栽品種的單產提高10%左右,按年推廣面積3000萬畝—5000萬畝計算,增產糧食20億斤—30億斤。劉錄祥說,“這種新型育種形態,昭示着科技給農業生產帶來的巨大推動力。”
“會飛的農場”來到中國
提升農產品競爭力,有了新支撐
航天育種,已經伴隨着人類的航天事業走過了三十載。
想打造“會飛的農場”,是航天育種的最早誘因。在20世紀60年代初,蘇聯及美國的科學家開始將植物種子搭載衛星上天,在返回地面的種子中發現其染色體畸變頻率有較大幅度的增加。20世紀80年代中期,美國將番茄種子送上太空,在地面試驗中也獲得了變異的番茄,種子後代無毒,可以食用。1996年至1999年,俄羅斯等國在“和平號”空間站成功種植小麥、白菜和油菜等植物。目前國外根據載人航天的需要,搭載的植物種子主要用於分析空間環境對於宇航員的安全性,探索空間條件下植物生長髮育規律,以改善空間人類生存的小環境,其目的在於要使宇宙飛船最終成爲“會飛的農場”,最終解決宇航員的食品自給問題。
把“會飛的農場”帶到中國土地上,是我國科學家的創造和孜孜以求。談到太空種子的應用時,四川農業廳糧油處處長劉代銀說:“把專家緊緊連接在農業產業鏈上,對提升農業效率不言而喻。”因此,把航天這一最先進的技術與農業這一最古老的傳統產業相結合,利用航天誘變技術進行農作物育種,對加快我國育種步伐,提高育種質量,探索具有中國特色的新興育種研究具有導向意義。
多年來,我國航天育種堅持了不懈的探索。從1987年開始到目前,我國已經利用返回式衛星先後進行了20多次100多種農作物數千個品種的空間搭載試驗,特別是863計劃實施以來,我國航天育種關鍵技術研究取得顯著進展,在水稻、小麥、玉米、棉花、番茄、青椒和牧草等作物上誘變培育出一系列高產、優質、多抗的農作物新品種、新品系和新種質。其中,已通過國家或省級審定的新品種或新組合有30多個,並從中獲得了一些有可能對農作物產量和品質產生重要影響的罕見突變材料。
農業部科教司司長唐珂表示,航天育種技術已成爲快速培育農作物優良品種的重要途徑之一,爲提升我國糧食綜合生產能力和農產品市場競爭力提供了重要技術支撐。
航天育種“夢想”忽近忽遠
研究起了大早,應用趕了晚集
我國的航天育種受到了越來越多的關注。我國作爲目前世界上僅有的三個(美、俄、中)掌握返回式衛星技術的國家之一,我國在航天育種領域取得的一系列開創性研究成果,受到世界廣泛的稱讚。
國家政策助推這個“農業夢”的實現。爲了加快我國航天育種誘變機理及相關技術研究,推動航天育種事業的持續發展,2003年4月,經國務院批准,國家發改委、財政部和原國防科工委批覆了農業部、中國航天科技集團聯合編制的航天育種工程項目可行性研究報告,航天育種工程相關項目正式啓動。
劉錄祥表示,實施航天育種工程有利於在廣泛開展育種實踐的同時,充分加強航天育種應用基礎理論的探索和研究,促進航天育種學科的建立與發展。通過航天育種機理研究的原始創新和科學積累,獲得一大批突破性的農業新品種和具有我國自主知識產權的航天育種技術。這對於繼續保持我國在該領域的國際先進性、創造性及航天育種產品開發方面的世界領先地位,推動航天育種高新技術產業發展具有極其重要的意義。
行百里者半九十。我國航天育種起步不可謂不早,航天育種成果不可謂不多,但推廣和應用卻步履維艱。完全可以說,研究起了大早,應用趕了晚集。航天種業系“十二五”規劃內容,從1987年開始研發至今將近30年,研發涉及水稻、小麥、玉米、棉花、油料、蔬菜、花卉、苗木等,已搭載7000份親本材料,經選育已有150多個品種通過國家或省級審定。但許多優良的太空種子在各地推廣中遇到了不少困難。目前,僅在航天育種基地甘肅天水有廣泛的實驗性種植,望着五顏六色的彩椒,憨態可掬形態各異的番茄,欣喜之餘,也多了幾分糾結。
現代農業呼喚着民族種業。航天種業在蔬菜種子方面大有可爲,但推廣進展甚微。目前,山東壽光蔬菜年產值200億元以上,在其蔬菜種子年交易6億元人民幣的份額中,進口種子佔60%—70%。壽光彩椒、小西紅柿、無刺黃瓜全部用進口種子。一些世界種業巨頭都在壽光佈局,建立了試驗站和基地。當地科技人員不無憂慮地表示:“國內蔬菜種子被全面擠出壽光市場,只是時間問題。”
進口種子的價格之高,讓民族種業發展變得更加迫切。在壽光,有一種西紅柿種子每市斤10萬元,即每克200元,相當於黃金價格,一般情況下,國外種子是國內種子的6倍以上。
良種推廣尚需政策扶持。由於航天種業的國家補貼政策還在研究完善過程中,航天種子形成最終農產品價格的比較優勢很難看出來。同時,國外對育種補貼的政策已經對我國育種事業產生擠壓效應。
北京首農集團西郊農場一塊試驗田,讓航天種業看到了推廣的新希望。在海淀區上莊路東側佔地650畝的田塊中,航天部運載火箭技術研究院所屬北京航天萬源種業科技有限公司擬與北京首農集團所屬三元農業有限公司合作建立航天種業科技園,共同開展太空育種、繁育及市場推廣。專家表示,“對航天育種來說,這個推廣項目,具有標誌性意義。”前不久,北京市發改委邀請航天萬源種業、三元農業公司、北京農學院共同進行論證,認定這個航天種業項目科技水平高,項目定位準確,符合北京市種業之都的總體發展規劃,同意立項。
展望航天種業未來璀璨前景,首農西郊農場正躍躍欲試……航天種業,是否就此逐步從實驗室走向大田,人們拭目以待。
吃太空菜安全嗎?(延伸閱讀)
在自然環境中,植物種子實際上也在發生變異,只是這個變異過程極其緩慢,變異頻率很低,一般稱爲自然變異。早期的植物系統育種方法大都是對這種自然變異的選擇和利用,實踐證明是安全可行的。航天育種是人們有意識地利用空間環境條件加速生物體的這一變異過程,這種變異稱爲人工變異。這兩種變異在本質上沒有區別。由於太空種子的變異基因還是地面原來種子本身基因變異的產物,事實上它並沒有導入其他對人類有害的新基因。在太空飛行歸來的種子(非直接食用),經嚴格的專業檢測,沒有發現增加任何放射性。因此,食用太空種子生產的糧食、蔬菜等不會存在不良反應。
(中國農科院航天育種研究中心供稿)