在華南農業大學國家植物航天育種工程技術研究中心(以下簡稱“中心”),一間薄膜溫室里的幾個藍色育秧盤,以及盤里栽培的正在茁壯成長的1500株青苗,幾乎牽動著從中心主任陳志強到普通同學每個人的心。因為,培育這批幼苗的種子,曾是舉世矚目的嫦娥五號探測器的乘客。

“它們名為航聚香絲苗,是名副其實的太空二代,也是目前人類史上飛得最遠的稻種。不夸張地說,這批稻種拓展了人類航天育種的研究邊界和想象空間。”陳志強說。

優良基因疊加讓種子好上加好

其實,航天育種并非新鮮事。20世紀60年代,美國、蘇聯、加拿大、日本等國家已經開始陸續開展航天誘變育種實驗,我國于20世紀80年代加入其中。今天人們的餐桌上,就不乏通過這種方式培育出的優質品種。

之所以進行航天育種,是因為太空環境和地面環境具有較大差距。在宇宙高真空、微重力、弱磁場以及復雜輻射的作用下,生物的遺傳物質會發生變異,并由此產生新的性狀。這些性狀可以作為新的種質資源保存下來并加以利用,解決了科學家受地面資源限制,無法收集新型多樣性性狀的問題。

太空二代的稱謂,是因為此次上天的種子,其父、母本都是先前航天育種成果。父本“華航31號”是目前廣東省主導的品種,母本“航恢1508”也被導入20多個具有知識產權的優良基因。讓種子的各種性狀好上加好,是科研人員們對此次搭載實驗的期待。

在被航天育種產業創新聯盟與華南農業大學攜手送往約23天、76萬公里的環月旅行后,這些種子遇到范艾倫輻射帶和太陽黑子爆發。“在地面上,研究人員借助射線、重離子等輻射,或模擬微空下的微重力環境來進行種子誘變。相比之下,深空環境極為獨特,預期將產生更強烈的遺傳效應。”中心副主任郭濤介紹,這些種子內含4萬個基因,基因經過深空環境發生改變后,可以通過對其定向跟蹤,從而發現可利用的優良基因。

“奔月”種子有望3月底栽入田間

這次將“奔月”種子帶到廣東播種的華農國家植物航天育種工程技術研究中心,是國內水稻研究的優勢單位,也是航天育種領域領先的國家級科研平臺。自1996年以來,該中心先后培育出57個水稻新品種,通過各級品種審定,其中農業部認定超級稻品種4個,獲教育部優秀科研成果獎、全國農牧漁業豐收獎、廣東省科技獎等省部級獎勵9項。

種子自2020年年底返回中心后,便開始重新適應地球生活。“種子回來后,我們進行了幾方面的工作。首先是測定它們的重量,其次將種子分成2份,一部分作為種質資源和標本永久保存,另一部分用于種子萌發、幼苗生長和對照進行比較試驗。”郭濤說。

今年2月底進行的種子播種,采用的是點播方式,每一個點播盤的四周都用筆畫上刻度,通過橫、縱坐標軸定位來標號每一粒種子,該標號相當于種子的名字,今后將以此為基礎,建立種子檔案,跟蹤每一粒種子的生長狀況。

郭濤介紹,此次播種后秧苗們有望能在3月底移栽到大田,此時會對每一棵植株進行取樣,包括葉片和成熟季節的種子。取樣之后結合現代生物學技術進行分析,幫助明確基因組變化,選育優良個體、定位優質基因。

“這批水稻有望在6月底迎來收割,然后進行第二個世代的播種。如果順利的話,育種成果有望在明年年底初步呈現。”郭濤表示,按照航天育種的一般規律,在4至5個世代后可以把水稻的優良性狀穩定下來,進而選育出優質高產的水稻新品種。

讓農業“芯片”服務國家種子安全

“種子是農業‘芯片’,確保種子安全是國家確定的重大戰略。探月工程經過慎重考慮,選擇航天育種產業創新聯盟開展種子深空搭載工作,希望能將航天重大工程與現代農業發展緊密結合,共同提升中國的糧食安全水平。”在向華南農業大學移交“奔月”種子時,探月與航天工程中心副主任劉彤杰表示。

陳志強介紹,水稻是我國最重要的糧食作物,是國家長治久安的戰略基石。我國種業市場規模將近千億,但種業自主創新水平尚有待提高,自主知識產權的優良基因和種質資源是提升我國水稻品種選育能力的重要環節,也是我國現代種業卡脖子的問題之一。

“這次搭乘我國的航空器進行深空空間誘變試驗,是100%的中國原創,必將產生一大批原創性的科技成果。”陳志強表示,希望利用嫦娥五號開展的深空搭載,有望幫助人類更深入了解水稻如何響應深空環境的分子及遺傳機制,為探索生命起源、物種進化和宇航生物安全提供理論支撐;獲取一批具有重要價值的優良新基因,并形成完善的關鍵基因利用技術體系,服務于水稻品種選育;選育一批高產、優質、多抗、綠色的水稻新品種,滿足多元化產業需求,通過產學研合作推廣應用,提升我國糧食安全水平。