航天工程育种技术创新与产业发展现状

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编者按：随着神州九号的顺利发射和返回，太空经济再次成为了热门话题。作为太空经济发展的一部分，航天育种以其对农业现代化的推动作用而备受关注。高精尖的航天技术和传统的农业，这原本看似毫无联系的两个领域，现在已被科学家们完美地结合在一起，使航天技术成为了推动农业发展的重要手段——借助航天工程把农作物种子送入太空，利用特殊的空间环境使其产生有益的遗传变异，再通过进一步的选育培育出农作物新品种，从而提升农业的生产力水平。

航天工程育种是我国科技工作者开创的一种新的农作物育种技术途径，那么，它是如何发展起来的？目前取得了哪些研究进展？发展前景如何？太空种子有辐射吗？我们吃的蔬菜哪些是由太空种子培育出来的？本期业界观察我们特别邀请到国家航天育种工程首席科学家刘录祥研究员，请他为我们一一进行介绍。

航天工程育种的概念与优势

航天工程育种是利用空间宇宙粒子、微重力、弱地磁等综合因素的诱变作用进行农业生物遗传改良，亦称农业生物空间环境诱变育种，具体指利用返回式卫星、飞船等搭载农业生物，使其在空间环境中产生有益的遗传变异，返回地面后通过进一步选育来创造农业育种材料、培育新品种的农业生物高技术育种新方法。航天工程育种是空间科学与生命科学交叉研究的新领域。

航天环境是一种地球上无法比拟的特殊诱变源，航天工程育种具有三大优势：一是航天环境的诱变因素多，加之各种因素复合作用，对生物造成的损伤小，变异种类多、幅度大，可产生地面传统理化诱变得不到的变异；二是航天环境诱变产生的变异是DNA内部发生的重组和突变，属于生物体内源基因自身诱变改良，不存在基因安全性问题；三是育种周期缩短，航天环境诱发的变异大多在生物的第3～4代即可稳定，而常规育种则需要6～8代。发展航天工程育种技术及产业对于获得罕见突变基因种质资源，加快农作物优良品种培育，提高我国农业生产能力，保障农产品供给具有重要意义。

国外航天工程育种研究概况

20世纪60年代初，前苏联及美国的科学家开始利用卫星搭载植物种子上天，在返回地面的种子中发现其染色体畸变频率有较大幅度的增加。1996－1999年，俄罗斯等国在“和平号”空间站成功种植小麦、白菜和油菜等植物。到2009年底，美国国家航空航天局所属的作物生理学实验室已经从国际植物遗传资源库中筛选出适合空间站培植的超矮小麦、水稻、大豆、豌豆、番茄和青椒等作物品种或品系。目前，美、欧等国正在利用国际空间站进行太空植物试验研究，其最终目的是要让宇宙飞船成为“会飞的农场”。培育和筛选适宜在航天环境中生长的不同植物品种是国外航天生物工程研究的重要发展趋势，迄今为止，国外鲜见有关利用航天诱变进行农作物育种的研究报道。

我国航天工程育种进展

航天工程育种是我国科技工作者开创的一种新的农作物育种技术途径。自1987年我国首次利用返回式卫星搭载农作物种子开展航天诱变育种，特别是2006年组织实施国家航天育种工程、专门发射“实践八号”育种卫星以来，我国已经在航天工程育种技术队伍建设、农作物新品种培育、特异新种质和新材料创制、新品种培育的产业化以及航天工程育种机理研究等方面取得了重要进展。

航天工程新品种培育

通过组织实施国家航天育种工程，我国农作物航天工程育种研究取得了显著成绩，一大批产量和质量双高的新品种脱颖而出，特别是“十一五”以来，已利用航天工程育种技术先后在水稻、小麦、玉米、大豆、油菜、棉花、花生、芝麻、番茄、青椒、茄子、苜蓿等15种作物上培育出进入省级以上区域试验的优异新品系200多个，其优航2号水稻、鲁原502小麦、川单189玉米、克山1号大豆、中油5628油菜、中棉所50棉花、中花15号花生、航芝2号芝麻、皖红7号番茄、申粉998番茄、宇椒5号青椒、紫云2号辣椒、白茄2号茄子、农大601茄子、农箐8号苜蓿等85个农作物新品种或新组合分别通过国家或省级品种审（认）定，使我国利用航天工程技术育成的农作物品种总数达到110个。

科研人员充分利用航天工程育种诱变农作物种质创新的优势，获得了大量特异性十分突出的作物新种质、新材料。全国航天育种协作组从“实践八号”育种卫星搭载的植物材料后代中已筛选培育出400余份育种新资源，其中包括利用传统地面诱变育种技术不易获得的特异突变材料，例如：极早熟、抗病、强筋小麦新种质SP8581、SP801和SP135；优质、多蘖和高配合力的水稻新矮源材料CHA-1；表现优异的特色番茄自交系09-37-9，抗病毒病番茄96-22，早熟、高番茄红素番茄HY-2，耐贮运番茄沪番2561Sp6，高抗青枯病番茄HT-6，早熟甜椒自交系07DH132，抗病甜椒自交系09-388，炒椒型辣椒自交系05-14，抗病长白茄子E49-54等。这些优异新种质、新材料已为全国多家育种单位所引进，并广泛应用于农作物常规育种及杂种优势育种中，对促进我国农作物育种技术进步起到了重要作用。

航天工程育种关键技术研究

我国在航天环境与地面模拟诱变方法、航天诱变目标突变体定向筛选、航天诱发农业生物重要突变性状高通量鉴定等多项关键技术研究领域取得了一系列重要进展。“十一五”期间，中国农业科学院组织全国大协作，通过对“实践八号”育种卫星搭载的不同作物品种材料进行生物学和细胞学分析，结合航天环境探测参数和地面模拟试验，明确了不同类型植物种子在航天飞行中被宇宙粒子击中的频率及其细胞学变异特点；建立起植物种子、幼苗、组织培养物等不同受体材料的航天搭载技术和航天处理材料后代选择育种技术；探索了利用地面加速器产生的高能单粒子和混合粒子场以及屏蔽了地球磁场的零磁空间等模拟航天环境因素，从粒子生物学、物理场生物学和重力生物学等不同角度研究航天诱变效应与分子机理，优化了农作物种子航天搭载诱变技术，建立了地面模拟航天环境要素诱变技术以及航天诱发变异的高通量分子鉴定技术，为进一步解析航天诱变的分子机制奠定了基础。

航天工程育种机理探索