在华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心(以下简称“中心”),一间薄膜温室里的几个蓝色育秧盘,以及盘里栽培的正在茁壮成长的1500株青苗,几乎牵动着从中心主任陈志强到普通同学每个人的心。因为,培育这批幼苗的种子,曾是举世瞩目的嫦娥五号探测器的乘客。

“它们名为航聚香丝苗,是名副其实的太空二代,也是目前人类史上飞得最远的稻种。不夸张地说,这批稻种拓展了人类航天育种的研究边界和想象空间。”陈志强说。

优良基因叠加让种子好上加好

其实,航天育种并非新鲜事。20世纪60年代,美国、苏联、加拿大、日本等国家已经开始陆续开展航天诱变育种实验,我国于20世纪80年代加入其中。今天人们的餐桌上,就不乏通过这种方式培育出的优质品种。

之所以进行航天育种,是因为太空环境和地面环境具有较大差距。在宇宙高真空、微重力、弱磁场以及复杂辐射的作用下,生物的遗传物质会发生变异,并由此产生新的性状。这些性状可以作为新的种质资源保存下来并加以利用,解决了科学家受地面资源限制,无法收集新型多样性性状的问题。

太空二代的称谓,是因为此次上天的种子,其父、母本都是先前航天育种成果。父本“华航31号”是目前广东省主导的品种,母本“航恢1508”也被导入20多个具有知识产权的优良基因。让种子的各种性状好上加好,是科研人员们对此次搭载实验的期待。

在被航天育种产业创新联盟与华南农业大学携手送往约23天、76万公里的环月旅行后,这些种子遇到范艾伦辐射带和太阳黑子爆发。“在地面上,研究人员借助射线、重离子等辐射,或模拟微空下的微重力环境来进行种子诱变。相比之下,深空环境极为独特,预期将产生更强烈的遗传效应。”中心副主任郭涛介绍,这些种子内含4万个基因,基因经过深空环境发生改变后,可以通过对其定向跟踪,从而发现可利用的优良基因。

“奔月”种子有望3月底栽入田间

这次将“奔月”种子带到广东播种的华农国家植物航天育种工程技术研究中心,是国内水稻研究的优势单位,也是航天育种领域领先的国家级科研平台。自1996年以来,该中心先后培育出57个水稻新品种,通过各级品种审定,其中农业部认定超级稻品种4个,获教育部优秀科研成果奖、全国农牧渔业丰收奖、广东省科技奖等省部级奖励9项。

种子自2020年年底返回中心后,便开始重新适应地球生活。“种子回来后,我们进行了几方面的工作。首先是测定它们的重量,其次将种子分成2份,一部分作为种质资源和标本永久保存,另一部分用于种子萌发、幼苗生长和对照进行比较试验。”郭涛说。

今年2月底进行的种子播种,采用的是点播方式,每一个点播盘的四周都用笔画上刻度,通过横、纵坐标轴定位来标号每一粒种子,该标号相当于种子的名字,今后将以此为基础,建立种子档案,跟踪每一粒种子的生长状况。

郭涛介绍,此次播种后秧苗们有望能在3月底移栽到大田,此时会对每一棵植株进行取样,包括叶片和成熟季节的种子。取样之后结合现代生物学技术进行分析,帮助明确基因组变化,选育优良个体、定位优质基因。

“这批水稻有望在6月底迎来收割,然后进行第二个世代的播种。如果顺利的话,育种成果有望在明年年底初步呈现。”郭涛表示,按照航天育种的一般规律,在4至5个世代后可以把水稻的优良性状稳定下来,进而选育出优质高产的水稻新品种。

让农业“芯片”服务国家种子安全

“种子是农业‘芯片’,确保种子安全是国家确定的重大战略。探月工程经过慎重考虑,选择航天育种产业创新联盟开展种子深空搭载工作,希望能将航天重大工程与现代农业发展紧密结合,共同提升中国的粮食安全水平。”在向华南农业大学移交“奔月”种子时,探月与航天工程中心副主任刘彤杰表示。

陈志强介绍,水稻是我国最重要的粮食作物,是国家长治久安的战略基石。我国种业市场规模将近千亿,但种业自主创新水平尚有待提高,自主知识产权的优良基因和种质资源是提升我国水稻品种选育能力的重要环节,也是我国现代种业卡脖子的问题之一。

“这次搭乘我国的航空器进行深空空间诱变试验,是100%的中国原创,必将产生一大批原创性的科技成果。”陈志强表示,希望利用嫦娥五号开展的深空搭载,有望帮助人类更深入了解水稻如何响应深空环境的分子及遗传机制,为探索生命起源、物种进化和宇航生物安全提供理论支撑;获取一批具有重要价值的优良新基因,并形成完善的关键基因利用技术体系,服务于水稻品种选育;选育一批高产、优质、多抗、绿色的水稻新品种,满足多元化产业需求,通过产学研合作推广应用,提升我国粮食安全水平。