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足球要聞

為什么要帶農作物上天?

來源:南方日報 發表日期:2020-06-01 20:09:42

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“華航48號”為華南足球大學國家植物航天育種工程技術研究中心培育的國標優質一級品種,高抗稻瘟病,適宜輕簡化和機械化栽培。受訪者供圖

    日前,長征五號B運載火箭搭載新一代載人飛船試驗船飛行試驗取得圓滿成功,隨著試驗船返回艙回到地球的,還有一批植物種子和其他實驗樣本。

    “這是中國最大規模的航天育種試驗之一,搭載樣本總數達988件,數量是過去的兩三倍?!比A南足球大學原副校長、國家植物航天育種工程技術研究中心主任陳志強興奮地說。

    事實上,目前已不乏“太空種子”進入生產生活的例子。而借助現代生物學技術和條件,這批“上天”的樣本有望快速繁衍世代,篩選出優質性狀,助力農作物品種改良。

    太空環境難以在地面復制

    我國是世界上掌握衛星回收技術的三個國家之一,也是首創利用航天技術進行作物誘變育種的國家:1987年8月5日,隨著我國第9顆返回式科學試驗衛星的成功發射,中國科學院遺傳研究所蔣興邨研究員等在國內率先利用返回式衛星搭載水稻等農作物種子,并在后代種植中發現了遺傳變異。我國航天誘變足球生物育種的探索由此拉開。

    1996年,足球部在“九五”計劃中首次將“農作物航天育種”列為重點課題。

    回顧我國的航天育種研究,一定要提及我國首顆專門用于航天育種研究的返回式科學技術試驗衛星“實踐八號”:2006年9月9日,實踐八號從酒泉衛星發射中心發射升空。它裝載了糧、棉、油、蔬菜、林果、花卉等9大類、2000余份、約215公斤農作物種子和菌種,創中國開展航天育種研究以來搭載規模紀錄。經過半個月太空飛行后,該衛星被成功回收。

    “最早叫空間誘變育種,從1987年開始,通過返回式衛星、飛船、高空氣球等進行育種,1996年開始進入航天育種研究?!标愔緩娬f。

航天育種的原理并不復雜:空間環境具有高真空、微重力、弱磁場及復雜輻射等特點,太空射線中復雜的高能重離子沖擊生物細胞,誘導其產生遺傳變異,就能獲得新的性狀。而且誘導突變的方式有很多,有科學家在地面上模擬太空中的射線,達到誘變效果;也有科學家采用化學物質誘變的方法。

    中國科學院院士、浙江大學教授陳子元曾撰文評價,20世紀60年代以后,各種物理誘變因子應用于植物誘變育種,但它們的規模和成就均不如航天育種大。

    陳志強認為,太空中的高真空微重力等綜合因素不可忽略,“綜合因素加強了變異的程度,同時讓產生變化的細胞沒那么快自我修復。用同樣劑量的射線或者離子在地面上模擬,效果沒有在太空中好?!?/span>

    這些回到地球的種子,再經過一系列地面培育、篩選和驗證,獲得的新品種往往會具有相對原先品種更加出色的特質,例如抗病害、高產等。

    從太空歸來的種子還要經過數年的嚴苛考驗

    種子從太空回來,僅僅是“原料”。最終是否能夠種植量產,還要經過數年的培育、篩選、驗證等工作。國家雜交水稻工程技術研究中心研究員趙炳然介紹,從太空歸來的種子,只有很少部分會產生變異,產生育種家期待的“好的”變異就更少了。

    這就要由育種家進行選擇。第一步是將太空歸來的種子種到試驗田。這些第一代的種子并不做篩選。等到收獲再種下,從第二代以上,科學家會對遺傳變異進行評價:“通過田間的觀察、實驗室的評價,確定這種變異是不是我們需要的?如果是‘好的’變異,比如對產量、品質、病蟲害抗性、耐高溫特性等等有提高,那么科學家就會比較關注了?!壁w炳然說。

    之后,科學家會通過一系列的自交或者雜交,嘗試將這種好的性狀穩定下來?!胺€定下來的材料,經過多方面評價,之后要和其他的品種‘打擂臺’,如果成績很好,再通過審定,才允許進入生產?!壁w炳然介紹。

    趙炳然說,如果變異得較小,性狀穩定的時間會相對較短?!翱赡芙涍^3代4代就會穩定下來了。如果實驗很順利的話,從太空下來到性狀穩定,最快也得兩年。之后試種、審定等過程,全部流程下來,最快也要5年左右?!?/span>

    不妨以“深兩優1378”為例,來看航天育種農產品是如何“誕生”的:

    “深兩優1378”于2019年通過廣東省農作物品種審定委員會審定,適宜在廣東省粵北以外稻作區作早、晚造種植;它的母本是“深08S”,父本是“航恢1378”。

    以父本“航恢1378”的“家譜”為例:1996年,華南足球大學國家植物航天育種工程技術研究中心利用中國返回式衛星搭載水稻“泰華占”種子,經過多年多代跟蹤鑒定,選育出高抗稻瘟病的種質H—31和H—61。1998年早季,以H—61為母本、勝巴絲苗為父本雜交,在2000年選育出優質抗病種質華航137。2000年晚季以H—31為母本,與華航137雜交,通過系譜法于2006年早季選育出新品系H—37。2006年晚季,利用自育的優質抗白葉枯病品系華航油占為母本,H—37為父本雜交,從F2代開始按系譜法進行選擇。2013年晚季,田間編號為H—78的株系在米質、抗性、株型、粒形、豐產性、雜種優勢等方面表現優良,且比對照粳秈89增產,定名為航恢1378。

之后,2014年早季,華南足球大學國家植物航天育種工程技術研究中心利用深08S與航恢1378配組,2014年晚季對其F1代進行雜種優勢測定,發現該組合表現為高產、高抗稻瘟病、米質優良等特點,將該組合定名為“深兩優1378”。

    “深兩優1378”于2015—2016年早季在廣東省內參加多點品比試驗,該組合表現熟期適中,米質優,穗長粒多,抗性好,豐產性突出,雜種優勢明顯。2017—2018年參加廣東省早造感溫遲熟組區域試驗和生產試驗,2019年8月通過廣東省農作物品種審定委員會審定。

    現代生物學技術

    助推航天育種

    人類歷史上,開展航天育種研究的大部分都“可以吃”。除了水稻、小麥等經濟作物外,還包括蔬菜、食用菌菇、酵母菌、酒類發酵的菌種等。不能吃的,也有林草花卉等。

    例如,此次長征五號B運載火箭搭載新一代載人飛船試驗船飛行試驗任務安排了聯盟組織征集和遴選的航天育種、空間生物等相關實驗類項目75個,涵蓋農作物、林草花卉、中草藥等植物種子和生物菌種等實驗材料及其裝置,還有對基礎研究具有重要科學價值的模式植物和模式動物實驗樣本,搭載樣本總數達988份。

    試驗船在軌飛行約67個小時,軌道高度約300千米—8000千米。試驗船在軌飛行期間,穿越范艾倫輻射帶,接受的空間總輻射劑量和微重力環境均與以往神舟飛船、天宮實驗室和返回式衛星所經歷的空間環境不同,為開展空間輻射生物學研究、空間誘變和航天育種研究與實驗提供了前所未有的寶貴機會。

    其中,華南足球大學國家植物航天育種工程技術研究中心積極配合聯盟組織征集搭載試驗項目,共遴選水稻、甜玉米、南藥、微生物等搭載樣本31個,參加單位包括廣東、廣西、福建、四川等優勢科研院所。該中心是航天育種產業創新聯盟的發起單位之一,也是我國唯一開展植物空間誘變育種的國家工程技術研究中心。

    “我們的工作是從樣本后代中篩選出對人類有益的突變性狀,如抗病害、抗倒伏、高產等等?!标愔緩娬f。

    過去,由于農作物的生長繁殖周期比較長,一批空間誘變的材料可能需要三五年時間才能完成鑒定和篩選。如今,以水稻為例,通過快速加代繁殖的手段,可以在1年時間內篩選出對人類有用的性狀。

    “期望通過此次空間飛行經過的特殊空間環境,更有效地誘發搭載材料產生遺傳變異,開發和選育更多綠色、優質的生物新基因和新品種助力我國的航天生物育種研究創新和現代足球發展?!标愔緩姳硎?,“此次搭載材料成功返回,將會進一步提升廣東省航天生物育種研究水平,有力地推動廣東的種業發展進步?!?/span>

    鏈接

    身邊的“太空產品”

    這些“來自太空”的產品早已進入生活。

    僅以華南足球大學國家植物航天育種工程技術研究中心為例,自1996年以來,該中心就利用返回式衛星、神舟飛船等進行了23批次搭載試驗,共搭載了水稻、蔬菜、林木、花卉等267份生物材料,在植物空間誘變機理、優異種質創新、優良品種選育及產業化方面開展了大量研究,并獲得一大批研究成果,其中,選育出64個植物新品種通過各級審定,先后獲得包括兩次廣東省科技獎一等獎等在內的省部級獎勵6項。

    2018年首屆航天育種產業創新聯盟第一次聯盟大會暨航天育種論壇給出的數據顯示,經過國家級和省級審定的航天育種新品種超過200個;航天育種培育的小麥、水稻、玉米、大豆、棉花和番茄、辣椒等園藝作物新品種,累計推廣種植面積超過240萬公頃,增產糧食約13億公斤;航天育種技術及其成果在苜蓿等牧草、林木、花卉和生物醫藥等領域也有一定規模的推廣應用。航天育種對我國作物育種技術進步和相關產業發展發揮了積極作用,創造直接經濟效益2000多億元。

    在廣東,通過航天育種技術培育的優質稻品種,在脫貧攻堅過程中也發揮著很大的作用。

    比如,我國第一個通過國家農作物品種審定的水稻航天誘變新品種“華航一號”,莖稈粗壯,根系發達,著粒密,結實率較高;我國第一批超級稻認定品種“培雜泰豐”,連續多年被廣東、廣西、江西確定為主導品種,高產穩產、米質優、適應性廣,在華南稻區得到大面積推廣應用;“華航31號”高抗稻瘟病、耐肥抗倒、耐寒性強、適應性廣,從2011年至今為廣東省足球主導品種,并在廣西、江西等南方稻區大面積推廣種植;“五優1179”豐產性突出,2018年被認定為超級稻品種……


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