太空育種，太空撈針？

　　【作者：《財經(jīng)》特約作者 潘希 】

　　中國對太空育種的熱衷，缺失了科學研究的價值判斷，同時也被一些宣傳噱頭所利用

　　2011年11月1日，搭載著科研用植物種子的神舟八號飛船升入太空，這些“命運未卜”的種子隨著神舟八號一起，于11月17日返回地球。

　　經(jīng)過短暫而昂貴的太空旅行，在這些種子“身上”尋找未來有可能使人類受益的基因突變，將成為中國農(nóng)業(yè)科學家的重要工作。

　　太空育種，也稱空間誘變育種，為航天技術與生物技術相結(jié)合的產(chǎn)物，是利用返回式衛(wèi)星或宇宙飛船等航天器將作物種子送到太空，利用太空特殊環(huán)境的誘變作用，使種子產(chǎn)生基因突變，再返回地面選育新品種的基因誘變技術。

　　自上世紀中葉，太空育種技術的產(chǎn)生、發(fā)展，與人類對外層空間的探索密不可分。不過，在航天技術迅速發(fā)展的21世紀，太空育種卻并沒有在美國、俄羅斯等航天大國中“形成氣候”。

　　一個重要原因是，“不論是誘變原理，還是種子產(chǎn)生基因突變的概率，太空育種與傳統(tǒng)的地面輻射育種沒有太大差別。”中國農(nóng)業(yè)科學院航天育種研究中心主任、中國國家航天育種工程首席科學家劉錄祥說。

　　而中國對太空育種技術的推崇卻方興未艾，因此，北京大學生命科學學院院長饒毅等提出疑問，既然兩者沒有差別，中國為什么要花大量經(jīng)費去把種子送入太空？

　　“撞大運”的基因突變

　　在太空環(huán)境中，宇宙射線、微重力、高真空等環(huán)境因素的綜合作用下，可能會誘發(fā)種子產(chǎn)生基因變異，獲得新的基因特性。這一輻射誘變的機理是：強烈的太空射線將種子的DNA打斷，打斷的DNA會被重新接上，其中接不好的就發(fā)生了基因變異。

　　1987年8月5日，中國第九顆返回式科學試驗衛(wèi)星成功發(fā)射，一批農(nóng)作物種子、菌種和昆蟲等地球生物被送向了遙遠的天際，開啟了中國農(nóng)作物種子的首次太空之旅。

　　現(xiàn)已退休的中國科學院植物研究所研究員劉存德，就是當年第一個提出可以把種子作為衛(wèi)星配重進行太空搭載的人。據(jù)她回憶，在與航天部門的多次協(xié)商之后，一個自成密封體系、經(jīng)過反復嚴密包裹的石刁柏干種子隨衛(wèi)星搭載上了太空。七天后，衛(wèi)星載著石刁柏種子返回地面。

　　但由于干種子水分含量少，對環(huán)境的忍耐力高，這些經(jīng)歷了“太空旅游”的珍貴種子沒有發(fā)生任何改變。這也意味著中國第一次的太空植物飛行試驗無功而返。

　　1987年之后，中國又連續(xù)發(fā)射了五顆返回式衛(wèi)星，均搭載了育種材料。劉存德搭載的幾十種植物種子回來種植之后，結(jié)果只有一種產(chǎn)量提高，就是蘆筍，因為分枝增多，約增加了20%－30%的出筍率。不過增產(chǎn)的原因并非種子的遺傳變異，而是所謂“營養(yǎng)生長”，即營養(yǎng)器官(蘆筍的莖)發(fā)生了變化，到第二代時，變化就沒有了。

　　對此，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所國家蔬菜改良中心研究員王曉武解釋說，因為種子不是單一的受精卵，而是一個微型的植物胚胎，某個變異如果發(fā)生在將來發(fā)育成莖的那個細胞上，那么第一代植株的莖的生長就會起變化。但是，由于將來發(fā)育成種子的那個胚胎細胞有可能并不發(fā)生相應的變化，第一代植株的變異因此也無法遺傳下去。

　　不過，這些現(xiàn)實問題并沒有影響中國對太空育種的研究熱情。1996年，中國實驗原子核物理、宇宙射線及基本粒子物理研究的主要奠基人和開拓者王淦昌院士，聯(lián)合七位著名專家學者給中央寫信，建議把航天育種工程列入國家計劃，發(fā)射一顆農(nóng)業(yè)衛(wèi)星，為中國農(nóng)業(yè)發(fā)展服務。正是這一年，農(nóng)業(yè)部正式將“作物空間誘變育種”列為“九五”部級重點課題。

　　2002年，科技部也將農(nóng)作物太空育種課題正式列入國家“十五”“863”計劃。而種子從作為零星搭載的“乘客”，在2006年甚至有了自己的“專機”。一顆專門的太空育種衛(wèi)星——“實踐八號”在當年9月9日發(fā)射成功，搭載了208公斤的生物材料，包括133種植物和微生物、模式動物等，以及一系列的試驗裝備。這也是中國第一顆、迄今世界上唯一專門用于太空育種的衛(wèi)星。

　　江西省農(nóng)科院有關負責人曾對媒體表示，太空誘變種子發(fā)生基因突變的幾率僅為3%－10%，并且是隨機的，“有益突變”的概率只有1%－3%。

　　劉錄祥則認為，衛(wèi)星搭載過的種子只有百分之幾甚或千分之幾可能發(fā)生變異。

　　這就意味著，即便按照3%的高概率計算，在100個種子里，僅有1個－3個種子會在第一代的地面種植時，表現(xiàn)出良好的性狀。而一個太空育種的作物要想成為穩(wěn)定的優(yōu)良品種，至少要在第四代還保持同樣的穩(wěn)定性狀。

　　另外，經(jīng)過太空輻射的種子的變異，“也完全是隨機的，就是說，有的會變好，有的會變壞。”劉錄祥說，目前科研工作者并不能控制變異發(fā)生的過程，更無法預知其變異產(chǎn)生的效果。

　　即使水稻這種基因組不大的農(nóng)作物，其堿基也高達4300萬個，包含3萬－6萬個基因，要想從太空誘變的“小概率事件”中，尋找到給人驚喜的“超級品種”，可能性微乎其微。

　　香港浸會大學生物系副教授張建華曾撰文《我對太空育種的質(zhì)疑》指出，按照輻射會破壞DNA的原理，應該先看到大量“變壞”的變異才對，變好的變異應是極少的。

　　昂貴的太空育種

　　從國際研究界的實例看，太空育種也乏善可陳。

　　上世紀50年代至60年代初期，前蘇聯(lián)和美國的科學家就已開始將植物種子搭載衛(wèi)星上天，并在返回地面的種子中發(fā)現(xiàn)其染色體畸變頻率有較大幅度的增加，但突變發(fā)生的概率極低。而當時試驗的目的是探測空間環(huán)境的安全性，為載人航天進行前期準備。

　　美國宇航局(NASA)還曾經(jīng)在上世紀80年代把數(shù)萬粒番茄種子送到空間站里放了六年，回來后分給小學生進行對照試驗，結(jié)果一無所獲。

　　從此之后，美國的太空科學實驗大都集中在植物太空生長方面的研究，目的是為將來在太空站種糧食做準備。利用太空誘變種子的實驗則完全停止了。目前，俄羅斯亦是利用國際空間站進行太空植物試驗研究，其目的也在于預先知道植物如何在宇宙生長，在執(zhí)行長距離的空間項目時，宇航員將可以自己種植食物。

　　在與熟悉的外國同行打交道時，劉錄祥經(jīng)常會問，“你的誘變試驗結(jié)果怎么樣？”他得到的回答通常是“不怎么樣”。

　　俄羅斯專家格林娜曾告訴他，俄羅斯多次搭載后的種子，現(xiàn)在還有很多只是在倉庫里存著。

　　美國猶他州大學作物生理學家布魯斯·巴戈比(Bruce Bugbee)，致力于為NASA研究未來空間農(nóng)業(yè)的可行性問題，在參觀了劉錄祥的實驗室之后，他認為，在地球上很難復制一些來自宇宙的輻射。美國與俄羅斯相似的實驗都未能產(chǎn)生出變異的種子，而且，必須非常精準地控制實驗才有可能成功。

　　路易斯安那州大學育種專家柯恩(Marc Cohn)表示，太空試驗對種子發(fā)展研究提供的特性只是看種子在完全無重力下的反應。

　　國際糧農(nóng)組織目前倡導的是地面核輻射育種技術，即利用各種射線(如X射線、中子等)照射農(nóng)作物的種子、植株或某些器官和組織，促使它們產(chǎn)生各種變異，再從中選擇需要的可遺傳優(yōu)良變異，培育成新的優(yōu)良品種。目前國際上已經(jīng)通過這項技術培育出3000多個品種，美國有200多個品種，俄羅斯更多。

　　該領域的國外專家在與劉錄祥交流時常告訴他，太空育種隨機性太大，效率太低，且機會有限。

　　但劉錄祥仍為自己的實驗辯護稱，化合輻射和微重力的結(jié)合作用，可能會比單受輻射影響產(chǎn)生更多的突變。他樂觀地預測這項努力可能會帶來新的商業(yè)化高產(chǎn)番茄、青椒作物。同時，他表示，傳統(tǒng)育種培育出一個新品種至少要經(jīng)過八代的培育才能穩(wěn)定下來，太空育種可以把過程縮短一半，需要四代以上。不過，劉錄祥亦承認，太空育種的優(yōu)勢目前也“僅此而已”。

　　但是，這項優(yōu)勢“僅此而已”的項目卻花費不菲。

　　“十一五”期間，“863”計劃中航天技術經(jīng)費為2400多萬元，太空育種斬獲其中900多萬元支持；2006年國家科技支撐計劃啟動“航天工程專項”，太空育種從中再獲近800萬元經(jīng)費。

　　從中可見，太空育種已成為中國航天工程中一個重要項目。由于經(jīng)費導向，繼中國農(nóng)業(yè)科學院，近年來中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院、華南農(nóng)業(yè)大學、山東省農(nóng)科院等陸續(xù)成立了航天育種研究中心。

　　目前，全國已有220多個研究團隊投身其中，也從不同渠道獲得了使自家種子搭載升空的機會。而每克種子搭載進入太空，每次也需要500元－1000元。

　　據(jù)劉錄祥透露，“十二五”期間，太空育種將會得到更大的支持，一個與其相關的“863”計劃即將啟動。

　　太空育種的概念，以及國家計劃的導向，也間接催生出了一個號稱“太空產(chǎn)品”的市場。中國科學院遺傳與發(fā)育所研究員劉敏說，“衛(wèi)星搭載的(太空育種)商業(yè)色彩很濃，任何單位只要肯出錢都可以搭載，那些搭載的單位就拿這個做廣告，賣太空產(chǎn)品，事實上很多單位都沒有進行后續(xù)研究的實力，炒作的成分居多。”

　　劉錄祥就時常收到各種各樣的傳真和電話，聲稱可以幫助他將種子送上待發(fā)射的衛(wèi)星或飛船。“目前，中國的航天搭載市場很無序，甚至還有打著中國航天科技集團太空搭載旗號造假的公司。”劉錄祥說。

　　空間種子基因突變的概率極小，且育種也是一個復雜而又漫長的過程，以劉錄祥所在的中國農(nóng)業(yè)科學院航天育種研究中心為例，其已經(jīng)做試驗近20年，培育的新品種也只有十幾種，通過國家級驗收的只有幾種。

　　“可現(xiàn)在有人到處宣傳說幾年就搞出了多少新品種，很多是騙人的。”劉錄祥說。

　　作者為科學媒體記者

　　蔡婷貽、唐鳳對此文亦有貢獻