今（4）日凌晨，随着神舟十八号的返回，又有大批新的太空试验样品返回地球。日前，中国空间站第三代“太空水稻”即将收获的消息冲上热搜。这些年我国通过太空飞船搭载了不少农产品种子上太空，很多人不知道的是，中国其实是首创利用航天技术进行作物诱变育种的国家。这项工作如何起步，它的原理是什么？科学家是如何一步步培育出新品种的？我们的生活中已经出现了哪些“太空农作物”？
六粒种子培育出第三代“太空水稻”
据央视新闻报道，2022年在神舟十四号乘组任务期间，我国在国际上首次完成了水稻从种子到种子全生命周期空间培养实验，获得了成熟的“太空水稻”种子。近日，这批水稻的种子已经在大田里试种，获得丰收。
在位于上海松江的中国科学院分子植物科学卓越创新中心作物育种与栽培基地，央视记者看到播种的太空水稻在生长100多天后，稻穗基本全部变黄成熟，即将收获第三代“太空水稻”。
即将丰收的第三代“太空水稻”。 视频截图
中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼说：“开始是6粒种子随问天舱上天以后，收到了59粒种子，回来以后这59粒种子因为它比较珍贵，我们就从中拿了部分在人工气候室进行繁殖。人工气候室繁殖之后，获得的种子就比较多，大概有将近1万粒种子，然后我们在其中再拿出了一部分，到大田里面进行繁殖，这就是大田里面收到的稻穗。”
专家介绍，空间站获得的59粒水稻种子是第一代，人工气候室繁殖获得的近1万粒是第二代，农场大田里即将丰收获得的是第三代。通过对三代太空水稻种子进行研究，已经取得初步研究成果。郑慧琼说，我们通过实验得出了这样一个结论，证明我们在太空环境当中，通过水稻来生产粮食是可行的途径之一。
首创利用航天技术进行农作物诱变育种
很多人不知道的是，我国是世界上掌握卫星回收技术的三个国家之一，也是首创利用航天技术进行作物诱变育种的国家。1987年8月5日，我国第九颗返回式卫星搭载着精挑细选的小麦、水稻、青椒等百余个品种的农作物种子，顺利完成了首次“太空之旅”。返回地球后，它们被分发至各地科研机构，并在后代种植中发现了遗传变异。经过杂交选育，这批种子中培育出了大豆“铁丰18”、棉花“鲁棉1号”等一批获得国家发明奖的优良新品种。我国航天诱变农业生物育种的探索由此拉开。
国家植物航天育种工程技术研究中心主任陈志强介绍：“最早叫空间诱变育种，从1987年开始，通过返回式卫星、飞船、高空气球等进行育种，1996年开始进入航天育种研究。”1996年，农业部在“九五”计划中首次将“农作物航天育种”列为重点课题。
“以前想找到一个新的育种材料，可能要历时十年二十年，甚至得翻山越岭寻找自然突变植株，而航天能在相对短时间里带回大量突变材料。”航天育种产业创新联盟秘书长、中国空间技术研究院原航天生物总工程师赵辉说，航天诱变为为育种按下“快捷键”。
神舟十三号载人飞船返回舱在京完成开舱，工作人员开舱取出包括作物种子在内的搭载物品。 中国载人航天工程办公室供图
种子回到地面要经历“九九八十一难”
与常规地面辐射育种突变相比，航天搭载空间诱变产生的突变材料具有成活率高、变异频率高、突变幅度大、稳定性强、育种周期短等明显优势。它由此成为物理辐射育种的延伸、传统育种手段的重要补充。
在很多人印象中，航天育种就是“把种子带上天再带回来，作物就能丰产、果实就能变大”。其实不然，上了天的种子回到地面还要经历“九九八十一难”，层层筛选最终“胜出”并获得审定才能成为“太空种子”。
冲向太空只是考核的第一步，事实上，能顺利完成基因突变的种子可能不到10%。有些种子可能在宇宙环境里不发生变化，或者发生的变化没有意义，甚至是有害的变化（比如结实性降低，成熟期延长、甜份流失等）。
航天诱变和“开盲盒”有几分相似。“在诱变过程中，种子的遗传物质为什么变、什么时候变、变成什么样，这其中存在着极大的随机性和不可控性。”赵辉说，在实际培育前，谁也不清楚种子存在怎样的突变。但整体来看，在太空环境中种子可能出现的变异幅度大、突变点位多，变异稳定性更强。
在经过一段时间的太空旅行返回地面后，只有被宇宙射线击中且发生良性基因改变的种子才能被留下。这些回到地球的种子，再经过一系列地面培育、筛选和验证，获得的新品种往往会具有相对原先品种更加出色的特质，例如抗病害、高产等。
经历20多年培育一个杂交水稻新品种
种子从太空回来仅是第一步，最终是否能够种植量产，还要经过数年的培育、筛选、验证等工作。国家杂交水稻工程技术研究中心研究员赵炳然介绍，从太空归来的种子，只有很少部分会产生变异，产生育种家期待的“好的”变异就更少了。
回到地球的种子要由育种家进行选择。第一步是将太空归来的种子种到试验田。从第二代开始，科学家会对遗传变异进行评价：“如果是‘好的’变异，如产量、品质、病虫害抗性、耐高温特性等有提高，那么科学家就会比较关注了。”赵炳然说。之后，科学家会通过一系列的自交或者杂交，尝试将这种好的性状稳定下来。如果变异较小，性状稳定的时间会相对较短。“可能经过3代4代就会稳定下来了。如果实验很顺利的话，从太空下来到性状稳定，最快也得两年。之后试种、审定等过程，全部流程下来，最快也要5年左右。”
以杂交水稻新品种“深两优1378”为例，来看培育航天农产品是如何艰辛。
“深两优1378”于2019年通过广东省农作物品种审定委员会审定，适宜在广东省粤北以外稻作区作早、晚造种植。它的母本是“深08S”，父本是“航恢1378”。
以父本“航恢1378”的“家谱”为例：1996年，华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心利用我国返回式卫星搭载水稻“泰华占”种子，经过多年多代跟踪鉴定，选育出高抗稻瘟病的种质H—31和H—61。
1998年早季，以H—61为母本、胜巴丝苗为父本杂交，在2000年选育出优质抗病种质华航137。2000年晚季以H—31为母本，与华航137杂交，于2006年早季选育出新品系H—37。2006年晚季，利用自育的优质抗白叶枯病品系“华航油占”为母本，H—37为父本杂交，从F2代开始按系谱法进行选择。2013年晚季，田间编号为H—78的株系在米质、抗性、株型、粒形、丰产性、杂种优势等方面表现优良，且比对照粳籼89增产，定名为航恢1378。2014年早季，华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心利用深08S与航恢1378配组，2014年晚季对其F1代进行杂种优势测定，将该组合定名为“深两优1378”。
“深两优1378”于2015-2016年早季在广东省内参加多点品比试验，该组合表现熟期适中，米质优、穗长粒多、抗性好、丰产性突出、杂种优势明显。2019年8月通过广东省农作物品种审定委员会审定。
“太空种子”扩展到中药菌种林草花卉
数十年来，除水稻、蔬菜等种子外，进入太空的农作物种子类型越来越丰富，目前，中药材、食用菌、牧草、花卉等种子也进入太空，并在育种研究方面取得不错进展。
2022年5月，神舟十三号载人飞船返回舱在北京开舱，取出了约12000颗种子。云南省农业科学院药用植物研究所所长李荣福称，其中有不少药用植物种子，如云木香、铁皮石斛、天麻、薏苡仁等10种云南特色中药材种子，重量一共61.8克。李荣福称，下一步将对搭载返回的种子进行生活力测定，选留部分种子保存在低温库中进行长期贮藏，其余种子按照相关技术规范进行育苗和大田栽培。
此前，神舟十二号飞船搭载了云当归、灯盏花、草果等5种中药材种子，以及262份羊肚菌菌株和22株乳酸菌株。“目前科研人员正在开展育种研究工作，已培育出部分中药材种苗。搭载返回的羊肚菌菌株均存活，部分已出菇菌株表现诸多优良性状。乳酸菌菌株已复壮16株，其中11株已进行菌株登记专利保藏。”李荣福说，中药材是云南的重要产业，但其品种选育技术较传统农作物而言相对滞后。在中药材需求量不断增加、野生药材资源有限的背景下，太空育种技术能加快品种选育和人工规模化种植进程，丰富中药材种质资源库，推动中药材产业发展。
目前“太空中药材”育种取得不错成绩。以中药材滇龙胆为例，“从2013年6月神舟十号飞船搭载滇龙胆籽种开始，组培、选育、扩繁、栽种实验过程历时7年，终于筛选出优质、高产、高抗性的‘滇龙胆航天1号’‘滇龙胆航天2号’‘滇龙胆航天3号’品种，获得了国家中药材良种繁育基地认定。”云南省农业科学院院长李学林说。
当前，开展航天育种研究的大部分都“可以吃”。除了水稻、小麦等经济作物外，还包括蔬菜、食用菌菇、酵母菌、酒类发酵的菌种等。不能吃的，有林草花卉等等。
2020年，在兰州召开的草业航天育种专题研讨会上，利用航天诱变育种技术选育的中天1号紫花苜蓿草种备受关注。“经过16年选育研究，中天1号紫花苜蓿草种于2018年经全国草品种审定委员会审定通过。该草种优质、丰产性状突出。”中国农业科学院兰州畜牧与兽药研究所抗逆牧草育种与利用团队首席专家杨红善介绍。2022年5月，神舟十三号载人飞船返回舱在北京开舱，杨红善称，这次又搭载了紫花苜蓿、燕麦、中间偃麦草、红三叶等牧草种子21份，共计158克。
2021年8月13日，中国农历七夕节前，中国航天文创推出了一份来自银河的浪漫礼物——太空玫瑰。“太空玫瑰”就是在太空育种的玫瑰，玫瑰种子于2002年搭载神舟四号飞船进入太空，先后经过多代选育、克隆技术繁殖，最终培育出新型“太空玫瑰”。经过太空育种之后，该种玫瑰花期可长达1-2月，能达到普通鲜切花花期的两倍。除了玫瑰花，2021年3月，一批太空育种蝴蝶兰在江苏省连云港惊艳亮相，这些蝴蝶兰花苞多、花径大、排列整齐、苗株健壮，而且整体表现出抗病性强、养护周期短等特点。
太空育种蔬果口感普遍更好
目前，去过太空的经济作物已经有很多，如水稻、番茄、黄瓜、南瓜、草莓等，不仅产量增大，大小体重也成倍增加。这些农作物口感如何？
据央视新闻报道，目前在空间环境种的“太空水稻”已经有了第三代。科研人员发现，这种水稻的营养成分已经发生了变化，可能吃起来更甜。中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼说，天上回来的那些“太空水稻”种子，葡萄糖、果糖的含量都显著地高于地面一般的种子，基本上都高5到6倍。另外，淀粉的含量是差不多的，但是淀粉的组成不一样，还有蛋白质含量也比地面要多一些。如果“太空水稻”如果煮成饭，吃起来应该很甜。
“太空南瓜”重量可达到400斤。 视频截图
根据实际培育情况看，经过太空育种的蔬果，味道和口感比普通的更好，比如“太空黄瓜”更鲜嫩多汁，“太空萝卜”除了口感更好，“太空紫薯”更香甜软糯。今年9月，杭州临平区举办2024年中国农民丰收节浙江主场活动，“太空南瓜”亮相，工作人员介绍，这种南瓜的种子经过太空育种，可以长到200-400斤。
2017甘肃农业博览会在兰州举行，太空育种的“鸡蛋茄”亮相，这种茄子长得和鸡蛋一点区别也没有，就是尾部带一段茄子的根茎而已，它就是太空育种的产物。这种“鸡蛋茄”不能吃，具有一定观赏性。
太空育种的“鸡蛋茄”。 网络图
利用太空育种技术培育的农作物新品种在生产中推广应用，社会经济效益日益显现。山东省农业科学院原子能农业应用研究所利用返回式卫星搭载创新小麦种质资源，已选出一大批具有特异性状的突变体。其中，利用航天突变系“9940168”和“济麦19”进行常规杂交后系统选育出的高产小麦新品种“鲁原502”，年推广面积超过1500万亩，累计推广面积超1亿亩，成为我国三大主推小麦品种之一。
上过太空的种子也在丰富着百姓的餐桌。不少太空育种的成熟品种不仅是试验田里的“样本”，而且端上了普通人的餐桌。“北京市场约30%的草莓都是航天草莓、太空草莓，个头普遍比较大。”海南航天工程育种研发中心工程师姚彤说。
经过30多年的实践，中国通过航天育种已筛选新材料1200多份，培育水稻、小麦、大豆、蔬菜等新品种260多个，年推广面积4000多万亩。据初步估算，航天搭载育种产生直接经济效益已超过2000亿元。目前，我国太空育种的育成品种数量和推广应用范围处于世界第一位。空间诱变机理的研究水平和太空育种技术成果在农业上的推广应用水平，已经达到世界领先。
上游新闻据科技日报、北京日报、南方日报、央视新闻等综合
