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        太空育種培育的優質農產品正豐富著人們的菜籃子

        來源: 廣州日報   日期:2022-12-13 09:27:53  責編:娟子 劉玉輝 
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           今年12月4日,神舟十四號載人飛船返回艙成功著陸。與航天員乘組一同回歸的,還有近千份寶貴的航天育種實驗材料。實際上,自中國載人航天工程立項實施以來,歷次飛行任務中都搭載了各種品類的種子,進入太空進行誘變育種實驗。相比傳統育種技術,太空育種可能在相對短時間里獲得大量突變材料,為育種按下“加速鍵”。那么,什么樣的種子能拿到太空旅行的珍貴“船票”?“天選之種”將如何改變我們的生活?跟隨本報記者一一來揭曉。

          一顆種子的太空之旅
          一顆尋常種子“飛”上太空,會發生怎樣的變化?“升天”后的種子,在太空特殊的環境下產生變異,再返回地面經過4至8代的地面培育,從中選育出優質高產、口感更好的良種。這個過程就是太空育種,即航天育種。
          1987年,我國首次將水稻、辣椒等農作物種子送上天。至今,已先后數次利用返回式衛星或載人航天器搭載植物種子,其中有小麥、高粱等糧食種子,有黃瓜、番茄等蔬菜種子,也有甜瓜、櫻桃等水果種子,已在千余種植物中培育出700余個航天育種新品系、新品種。
          太空水稻
          代表品種:航聚香絲苗
          升天時間:2020年11月
          太空旅行時長:約23天
          今年首季豐收的航天稻畝產比普通水稻高約5%
          今年4月,在太空出差183天的神舟十三號順利返回地球。同艙返回的,還有一批作物種子。其中,就有華農國家植物航天育種工程技術研究中心遴選的水稻、紫云英、西蘭花等16份共計430克材料。這批“飛天”種子是目前在太空駐留最長的一批種子,經過地面培育、篩選和驗證等工作后,首批已于7月播種。
          作為我國航天育種領域唯一的國家級工程中心,華農國家植物航天育種工程技術研究中心共進行了20多批次種子的空間搭載試驗,先后培育出約60個水稻新品種通過各級品種審定。
          早在2020年11月,華南農業大學提供的40克約2500粒“航聚香絲苗”水稻種子就曾搭載嫦娥五號飛向月球。而這批種子其實是名副其實的“太空二代”,其父本“華航31號”、母本“航恢1508”都曾上過太空。
          歷經22天21時29分的飛行后,這批“太空稻種”隨同返回器順利著陸,這是我國水稻航天育種首次完成深空誘變試驗的搭載。
          同年12月底,第一批“太空稻種”率先發芽;2021年2月26日,萌芽的稻種被放入育秧盆;一個月后,綠油油的秧苗離開溫室,“搬家”到學校試驗基地;7月9日,金燦燦、沉甸甸的稻穗迎來首次收獲……此后,這批“太空水稻”在廣東的土地上繼續世代繁衍,純化優良性狀,有望成為100%中國原創的水稻新品種。
          據介紹,航天稻具有品質好、產量高、抗伏性強、抗病蟲害等優點。今年7月中旬,在河源萬綠智慧無人農場種植的航天稻,迎來了首季豐收,畝產為1075斤,比普通水稻產量要高出5%左右。今年下半年,該縣在柳城鎮萬綠智慧無人農場種植的航天稻面積已達到1500畝,這批航天水稻已于11月下旬成熟收割,按照此前的預計,畝產將達到1080斤。
          太空蔬菜
          代表品種:福田菜心
          升天時間:2002年12月
          太空旅行時長:約6天
          航天福田菜心采摘期延長1個月
          個體碩大、重達300斤的巨型南瓜,無論形狀還是顏色都惟妙惟肖的雞蛋番茄,越砍越長并能自主愈合的砍瓜,一至兩米的長條絲瓜、高約2.2米的巨型水稻,甚或是撩人眼球的蘋果苦瓜、比人還高的茄子樹等,這些新奇蔬菜瓜果是不是讓人眼界大開?
          實際上,在惠州博羅縣農業科技示范場(以下簡稱博羅農科示范場)你便能現場親身目睹其別樣風采。“例如航天巨型南瓜,并不是同一株瓜苗上結的南瓜都這么大。”該示范場副場長劉海濤揭秘稱,航天誘變的南瓜種子落地后,不同人員、不同濕度和不同場景結果都有所不同,“掐掉其它瓜,可能只留一個瓜精心培育”,這樣結出的巨型南瓜極具觀賞性。
          一顆尋常種子“飛”上太空,到底會發生怎樣的神奇變化?“航天誘變育種并不如大家想象的那樣簡單,一上去就成功了。”博羅縣農業科技示范場黨支部書記、場長林城峰解釋說,搭載的種子于太空遨游一定時間后,種子基因有“變好、不變和變壞”三種結果,返回后經過4至8代的地面培育,才能從中選育出優質高產、口感更好的良種。
          航天誘變育種的福田菜心,便是成功案例。2002年12月30日,本地優選的酥醪菜、福田菜心、石壩耙齒蘿卜和新惠粘水稻4種農作物種子,于酒泉衛星發射中心首批搭載神舟四號飛船升空。“航天福田菜心向優質高產變異,播種后80天左右可采收,采摘期延長1個月。”林城峰說,福田菜心不僅粗纖維減少,口感爽脆清甜、鮮嫩無渣,而且畝產達1300公斤左右、同比增產兩成。目前航天福田菜心已在博羅縣各鎮推廣種植,而福田菜心節也成為當地家喻戶曉的農業盛事。
          繼首批搭載飛船升空的福田菜心、酥醪菜、石壩耙齒蘿卜、新惠粘水稻之后,接下來博羅本地的棠下瓜籽、湖鎮冬瓜、公莊豆角、平安大桔,以及花生、苦瓜等10個農業品種先后“飛天”誘變育種。當中航天湖鎮冬瓜心室小,單瓜重20至35公斤,最大的重達45公斤左右,畝產高達1萬多公斤,較普通品種增產三分之一以上。
          該示范場先后示范推廣了航天玉米、航花3號花生、華航31號水稻,以及航天彩椒、航天板栗南瓜、航天紫紅茄、航天西瓜、航天白珍珠苦瓜等15個系列90多個航天品種,推廣超級稻、航天新惠粘水稻、航天福田菜心、航天酥醪菜等8500多個航天品種及優新品種,推廣種植面積累計超45萬畝。
          與其它作物品種一樣,經多代留種后航天農作物品種亦會相應退化、優良性狀漸趨減弱,為此博羅農科示范場正計劃將新一批航天育種試驗對象送上太空。
          “農以種為先,接下來我們將與粵港澳大灣區(廣東·惠州)綠色農產品生產供應基地和惠州市科芯種苗科技有限公司合作,共建包括航天蔬菜在內的各種優質蔬菜種苗繁育基地。”林城峰進一步介紹稱,項目含種植區在內約100畝,其中展示區近50畝,項目總投資1600萬元,目前正在施工,預計明年上半年啟動,屆時將減少農戶種植環節,為農戶提供優質放心的蔬菜瓜果種苗。
          太空水果
          代表品種:梅州金柚
          升天時間:2020年5月
          太空旅行時長:約67個小時
          航天搭載柚苗比普通柚苗早發芽20天
          一年美景最秋色,又是柚果飄香時。在梅州市大埔縣,一批從太空遨游歸來的金柚種子成功完成育苗工作,目前已進入嫁接實驗階段。這批選育出來的太空金柚新品種可實現提早20天發芽,這將大大縮短柚子的生長周期,提高梅州金柚的產量和質量。
          2020年5月,航天生物集團廣梅航天育種研發中心完成了梅州農業種子的第一次太空之旅,通過太空誘變育種試驗,來自梅州的金柚種子在太空遨游近三天后順利“回家”。如今兩年過去,記者在該研發中心航天育種試驗田看到,從太空回來的梅州金柚種子已成功育苗,實驗進展順利。
          航天生物集團廣梅航天育種研發中心副主任曹魯斌介紹說,當時這批梅州金柚種子在太空飛行了67個小時,利用空間環境的高真空、高輻射、微重力等環境進行誘變,再將種子送回地面,由研發中心科研團隊對其進行品種保存及選育工作。
          選育過程中,科研團隊通過利用植物組織培養技術對實驗材料進行快速擴繁,在短時間內獲得遺傳性狀一致的大量再生植株,并利用微嫁接技術獲得生根苗后,進行地面種植和觀察,最后對航天誘變突變體進行篩選和鑒定,得到性狀優良的金柚新品種。
          “同一時間、同一環境、同種方式種植出來的三株柚子苗,航天搭載柚苗比普通柚苗早發芽20天,而且長勢更好。”曹魯斌指著眼前的柚苗說,通過實驗種植,和同期的對比,理論上航天搭載柚苗生長周期早于對照品種,有望選育出提早掛果、早上市的梅州柚。
          目前,廣梅航天育種研發中心已與大埔縣農科所達成梅州柚航天柚的實驗種植基地建立合作意向,將聯合開展航天柚的試種工作,培育出口感更好、產量更高、競爭力更強的新品種。
          曹魯斌介紹說,在梅州柚遺傳多樣性分析方面,該項目已完成對梅州地區柚資源的初步調查,選取優質柚子品種,并提取柚子種質葉片DNA,對PCR(聚合酶鏈式反應)體系進行初步建立和優化。此項研究有利于梅州柚品種在全國眾多柚子產區中脫穎而出,打造獨一無二的地理名片。
          太空花生
          代表品種:“火豆”花生
          升天時間:2021年10月
          太空旅行時長:約6個月
          在河源培育的航天花生上月底已采收
          選自河源大往村的花生種子“火豆”,在搭乘神舟十三號飛船遨游6個月后,又被送回河源培育。這一過程所有的航天育種科研活動都在河源進行,這在廣東尚屬首例。
          今年7月,這批花生種子在河源東源縣柳城鎮下壩村的稻田里正式首種。如今,經過數月的發芽長苗和粗放型管理,首種的這批航天花生已于上月底采收。
          那么,航天“火豆”花生回到地面,如何進行選種培育呢?據介紹,此次首種的100粒河源航天花生種子,分別在河源、廣州試種,其中在河源市東源縣柳城鎮下壩村播種了50粒,其余50粒航天花生種子則被省農科院作物研究所專家帶回廣州基地試種。“在東源縣柳城鎮下壩村首種的河源航天花生種子,發芽長苗的種子共有30多顆,其余花生種子因天氣干旱等原因未發芽成活”,相關負責人表示,在河源首種的航天花生種子發芽長苗后,當地農技人員實行了粗放式管理,未對河源航天花生進行施肥、澆灌和噴施農藥等,任其粗放式生長,目的在于監測航天花生種子在生長過程中的抗逆性、抗病性和土壤適應性。如今,經過數月的發芽長苗和粗放型管理,首種的這批航天花生已于上月底采收。
          據介紹,搭載神舟十三號載人飛船回來的種子被稱為“第一代種子”,首種的種子種植方式和日常管理與普通花生種子無異,但需在其生長過程中全程監測、觀察。通過以上方式記錄河源航天花生變異性狀,不做任何篩選。隨后,將收獲的種子全部再種下去,長出來的被稱為“第二代種子”,進行第二代大規模的優良性狀和基因鑒定,最后到第三代才會進行小面積示范和展示。
          “在誘變過程中,種子的遺傳物質為什么變、什么時候變、變成什么樣,這其中存在著極大的隨機性和不可控性。”廣東省農業科學院作物研究所副所長洪彥彬說,在實際培育前,誰也不清楚種子存在怎樣的突變。但整體來看,在太空環境中種子可能出現的變異幅度大、突變點位多,變異穩定性更強。洪彥彬稱,誘變具有隨機性,性狀可好可壞,因此地面選育很關鍵。地面選育需要進行多代篩選培育,優中選優,并最終通過農作物品種登記,“天選之種”才算得到認證。
          “從種子搭載返回到地面種植,再到培育出新品種,不同植物的育種年限不一樣。”洪彥彬說,航天花生第一代種子大約110天左右能成熟,按照計劃,預計明年底前完成對河源航天花生的第二代篩選,選出部分優良個體和品系。洪彥彬表示,早期廣東省農業科學院作物研究所通過返回式衛星搭載培育的花生品種“航花2號”是國內第一個通過國家農作物品種鑒定的航天花生品種,目前該品種在南方累計推廣超過1000萬畝,先后被評為廣東省和國家農業主導品種。(策劃、統籌:占豪劍  文、圖/廣州日報全媒體記者林霞虹、曾煥陽、馬駿、陳家源)





         

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