水稻革命與航天
無論是袁隆平等科學家的心愿,還是實際人類面對人口增長的環境問題,培育出更加強大高產的農作物就意味著讓更少的人忍饑挨餓。自從上個世紀以來,各國的科學家都曾致力于超級農作物的研發和種植。今天,這樣的努力仍在繼續,而中國已經走在了前列。
我國的基因庫中保存有50萬種植物的DNA信息,是培育超級農作物的工作基礎。科學家們期待培育的這些超級作物可以在惡劣條件下存活。為了實現這個目標,科學家們需要改變水稻等農作物的基因,可以說是重新設定農作物種子的生長“程序”。
以水稻為例,改變設定后的“超級水稻”可以適應不同的環境,應付缺水、多蟲等各種各樣的自然條件。成功研發的“超級水稻”可以減少水稻農民對天氣、土壤、特別是季節性雨水的依賴。目前中國水稻種植會使用過半的淡水資源,一旦新的品種成功培育,對于環境保護將是跨越式的壯舉。
黎志康作為這個領域的前沿科學家,已經陸續公布了3000種水稻基因排序,為十多種水稻研發建立基礎。黎志康培育的新品種水稻致力于用盡可能少的水,領先于人類對于水稻研究。
中國科學家們的使命不僅僅是養活更多的中國人,而且是救助全世界的貧困人口,讓更多人可以吃飽飯。除了科學家們忙于超級農作物的研發,宇航員和航天技術也起到了不小的作用。
航天技術與基因
除了熟知的轉基因技術,航天工程育種技術是尋找與制造超級農作物的重要過程。農作物種子在太空中會接受來自宇宙射線照射,加上失重等多種因素影響,種子會產生內在基因改變。
通過航天育種技術產生的種子變異主要是受環境改變導致其基因突變。相比于轉基因過程,航天工程育種更加多樣,效率高,但可控性目前不高。
當下,航天工程育種技術成本很高,而過程非常安全。目前,我國已有上千種生物菌種、試管苗、植物種子和其他生物材料搭載飛船上天。這些種子在經歷航天旅行之后,會被帶回故鄉繼續觀察培育。在確定其食用安全,了解其性質之后將會投放入市場。
在去年蘭州召開的草業航天育種專題研討會上,就有不少成功育種的航天種子受到了關注。這次展會上獲得審定通過的種子有中天1號紫花苜蓿草種、林草花卉、中草藥新品種、釀酒微生物新菌種等等。目前,累計種植的航天育種新品系已經超過1.5億畝,而其創造的經濟效益已經達到2000億元以上。
從餐桌到環保
太空育種技術另一個特點是周期長,但一旦成功,其帶來的效益也是長期而廣泛的。例如,我們日常的餐桌食物中有很多都是從“太空種子”長成的:南瓜、茄子、豇豆……
種子完成太空誘變被帶回故鄉后,通常需要幾年的時間“傳宗接代”。科學家完成觀察和分析至少4代以上后,有價值的種子會被選出并進行雜交育種。
在科學家們完成了這一系列調查研究工作之后,雜交育種得到的種子會被送往田間試驗,通過最后的比對試驗的種子才會被送往農作物品種審定委員會審核并確定推廣。
經歷復雜又仔細的監測和實驗,這些太空種子終于可以變身太空瓜果蔬菜,出現在我們的餐桌之上。除了太空辣椒、太空茄子、太空番茄、太空小麥,太空育種更大的影響是關乎人類未來的發展。
如果水稻可以使用更少的水,海水可以用于種植,太陽光照可以被收集,我們可以在空間站建立實驗室,我們可以在另一個星球上種植,那么人類的生存狀況和地球的環境都會發生革命性的變化。
所有這些設想,都隨著航天技術的成熟和人類對太空探索的深入而逐個實現。自從1999年神舟一號進入太空,我國的“太空誘變育種”實驗啟動,我們搭載了包括青椒、番茄、豇豆及板藍根等中藥材。首批“神舟系列”太空種子為后續研究開辟了道路。
2002年,隨著神舟二號在前一年建立了太空實驗艙,神四完成了空間制藥的首次探索。至2008年,神舟七號已經可以將實驗艙至于艙外,并且將雜交水稻帶上了太空。2011年,我國神舟八號與天宮一號飛行器實現自動對接,更多的水稻和蔬果品種飛上了太空。