“上天入地”的“太空种子”会给农业和餐桌带来怎样变化？

  俗话说，民以食为天，粮以种为先。中国自古以来就是农业生产大国。对于普通农民来说，种子是一年收成的指望；而对于国家来说，种子更是国家粮食安全的关键。

  3月23日，中国载人航天工程办公室发布了重要的公告，征集神舟系列载人飞船搭载航天育种实验项目。航天育种是一种结合航天科技、宇宙辐射和植物遗传等学科的新型育种技术，利用太空极端环境诱使种子发生基因变异，从而在较短时间内培育出综合性状优良的新品种。

  千百年来，人类仰望星空心驰神往，埋首大地择种得粟。如今，航天领域的迅猛发展让高深奇妙的宇宙与“地气”十足的育种相遇，航天育种将会给世界农业和日常餐桌带来怎样的变化？请看——

  我国在国际上首次完成水稻“从种子到种子”全生命周期空间培养实验。新华社图片

  20世纪中叶，美苏两国展开激烈的太空争霸。卫星接连升空，人类的足迹已经扩展到月球。据悉，阿波罗登月计划耗资255亿美元，动用人员超过30万。如此庞大的投入，在今天看来仍然令人惊叹。

  1970年，远在非洲赞比亚的一名修女玛丽·尤肯达给航天专家写了一封信。信中，她质问，为何花费数十亿美元用于太空探索，而不顾世界上还有许多儿童在忍受饥饿。

  航天专家在回信中写道，太空项目是科学技术进步的催化剂，让科学界源源不断出现令人激动不已的研究课题。他相信，太空项目将会为缓解甚至最终解决地球上的贫穷和饥饿问题作出贡献。

  一颗良种，就是一把丰收的“金钥匙”。当地球上的农业生产不足以满足需要的时候，人们将目光投向了太空。太空不可复制的特殊环境，为创新特异种质资源和快速培育优良品种开辟了一条新途径。

  利用太空微重加重离子、多种宇宙射线、大交变磁场和短期过载等因素，能轻松的获得常规育种难以得到且更具经济价值的基因变异。相比二十万分之一自然变异率，航天育种的变异率可达4％以上。同时，航天育种具有变异幅度大、突变位点多，变异稳定性、变异遗传性好等特点。航天育种可以大幅度提高种子的突变频率，创制兼具多种有益性状的新种质，大范围的应用于选择育种、杂交优势育种和分子育种等多种育种实践中，在较短时间内培育出突破性的优良品种。

  众多转化应用的航天技术之中，航天育种凭借着无法替代的独特优势，变成全球各国争相布局的热点领域。

  1966年至1989年，美国和苏联先后发射近20颗生物系列卫星，用于测试植物、真菌和昆虫在太空中的变异效应。1984年，美国将西红柿种子送上太空，历时6年进行太空育种。进入21世纪，美国、日本和欧洲的研究重点是建立“太空农场”，为载人航天飞行提供氧气及食物供给。

  1987年，我国第九颗返回式科学试验卫星成功将第一批农作物种子送入太空，标志着我国成为继美国、苏联之后世界上第三个实现航天育种的国家。1992年我国载人航天工程实施以来，每一次飞行任务都开展了航天育种搭载实验项目。2006年升空的“实践八号”育种卫星搭载了粮食、蔬菜、林果、花卉等9类2000余份共215千克农作物种子，是名副其实的种子“太空专列”，堪称航天育种的里程碑式事件。

  太空之路走到今天，人类得以窥见宇宙无比瑰丽的景象，新技术新方法不断涌现。航天产业强牵引、广辐射、高投入、高效益的特点，正在成为全世界共识。人们相信，航天育种将会催生一场新的农业革命，成为解决地球粮食危机的重要途径。

  2022年底，在无数国人期盼的目光中，梦天实验舱顺利进入预定轨道，与天和核心舱、问天实验舱形成“T”字基本构型组合体，中国空间站迎来了全面建成的历史时刻。

  对于航天工程来说，每一点载荷量都弥足珍贵。此前，由于航天工程绝大部分情况下都有首要飞行任务，航天育种都是利用载荷余量以不定期“搭车”的形式开展研究。在满足基础实验量的前提下，搭载种子的品类、数量有限，遗传性、综合性状等条件需要经过重重筛选。因此，也有人将航天育种比作是“优等生到超前班进修”。2022年5月19日，中国载人航天工程办公室公布的神舟十二号和神舟十三号载人飞船航天育种实验项目清单，只有88家单位的作物种子、微生物菌种等种质材料得到“飞天船票”。

  中国空间站的全面建成，为我国航天育种的科学技术研究提供了新空间。如今，神舟系列载人飞船将以平均每年2艘的频率实施发射，具备了持续开展航天育种搭载实验的能力。

  2022年，问天实验舱装载的生命生态实验柜，完成了太空环境下水稻和拟南芥的全生命周期培养实验，这也是国际上首次在轨获得水稻种子。不仅如此，我国还首次成功尝试空间再生稻技术，在水稻剪株后利用稻桩上存活的休眠芽，精心培育仅20天就再生出2个稻穗，并最终收获了再生稻的种子，开辟出高产太空稻的技术路线余年来，国外科学家对太空环境植物的种植和栽培进行了大量研究，然而只完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦“从种子到种子”的培养。能确定的是，我国空间站时代的到来，将为航天育种研究提供更多资源保障，为人类长期太空生活贡献力量。

  2022年11月30日，神舟十五号、神舟十四号乘组在中国人自己的“太空家园”胜利会师之时，来自112家单位的1300余份作物种子、微生物菌种等航天育种材料正在接受宇宙射线个月的宇宙高能辐射、经历微重力环境等空间诱变实验后，这些种子有望产生新的罕见的基因突变，创制出具有我国自主知识产权的新种质，为我国种源自主可控、种业科技自立自强抢占新的高地。

  开盲盒，是现代年纪轻的人喜欢的一种消费方式。因为没有办法确定盒子里的商品，使得开盲盒的过程充满了惊喜和刺激。而对于“育种家”们来说，航天育种也犹如开盲盒。基因突变的不确定性，让深入分析太空环境各类因子影响种子基因变异的机理成为“育种家”们的主要研究方向之一。在空间站技术应用日趋成熟的未来，通过对不同诱变世代的基因进行大量测序，对比分析不同因子对于变异的影响机理，将为航天育种新品种选育提供重要筛选依据。

  近年来，随着航天工程的稳步推进和现代科技的迅速发展，航天育种与生物技术、大数据融合应用成为种质资源创新的有效途径。航天育种进一步与全基因组选择和人工智能等技术结合后，能够最终靠分子标记辅助选择技术，从分子层面分析群体表型特征和不同世代基因组特征，从而定向筛选目标性状，极大缩短育种年限，提高育种效率。我国华南农业大学陈志强团队提出的空间诱变“多代混系连续选择与定向跟踪筛选技术”，鉴定出的突变种质可直接培育成新品种或作为新种质资源间接培育新品种，实现了同时从3条途径培育新品种，明显提高了水稻特异种质选择效率和育种效果。

  太空探索永无止境。2022年6月12日，中国国家航天局正式对外公布，中国将在2025年前后实施近地小行星取样返回和主带彗星环绕探测任务，2030年前后实施火星取样返回任务，后续还将实施木星系环绕探测任务和行星际穿越探测任务。除探测火星外，中国还将在“十四五”时期陆续发射嫦娥六号、嫦娥七号探测器，实施月球极区环境与资源勘查、月球极区采样返回等任务。

  对于航天育种而言，月球、火星探测工程的实施，将为解决种子基因在近地空间辐射条件不全面等问题提供有力科研手段和深空实验环境，进一步提升优良种质的培育效率。同时，面向空间站及深空探测需求，航天育种将在空间生命支撑系统发展方面迎来新机遇。