太空育種，太空撈針？
【作者：《財(cái)經(jīng)》特約作者 潘希 】
中國(guó)對(duì)太空育種的熱衷，缺失了科學(xué)研究的價(jià)值判斷，同時(shí)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(hào)飛船升入太空，這些“命運(yùn)未卜”的種子隨著神舟八號(hào)一起，于11月17日返回地球。
經(jīng)過(guò)短暫而昂貴的太空旅行，在這些種子“身上”尋找未來(lái)有可能使人類受益的基因突變，將成為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)家的重要工作。
太空育種，也稱空間誘變育種，為航天技術(shù)與生物技術(shù)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(shù)。
自上世紀(jì)中葉，太空育種技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展，與人類對(duì)外層空間的探索密不可分。不過(guò)，在航天技術(shù)迅速發(fā)展的21世紀(jì)，太空育種卻并沒(méi)有在美國(guó)、俄羅斯等航天大國(guó)中“形成氣候”。
一個(gè)重要原因是，“不論是誘變?cè)恚�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(méi)有太大差別。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院航天育種研究中心主任、中國(guó)國(guó)家航天育種工程首席科學(xué)家劉錄祥說(shuō)。
而中國(guó)對(duì)太空育種技術(shù)的推崇卻方興未艾，因此，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)饒毅等提出疑問(wèn)，既然兩者沒(méi)有差別，中國(guó)為什么要花大量經(jīng)費(fèi)去把種子送入太空？
“撞大運(yùn)”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(huì)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(jī)理是：強(qiáng)烈的太空射線將種子的DNA打斷，打斷的DNA會(huì)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(guó)第九顆返回式科學(xué)試驗(yàn)衛(wèi)星成功發(fā)射，一批農(nóng)作物種子、菌種和昆蟲(chóng)等地球生物被送向了遙遠(yuǎn)的天際，開(kāi)啟了中國(guó)農(nóng)作物種子的首次太空之旅。
現(xiàn)已退休的中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員劉存德，就是當(dāng)年第一個(gè)提出可以把種子作為衛(wèi)星配重進(jìn)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(gè)自成密封體系、經(jīng)過(guò)反復(fù)嚴(yán)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(duì)環(huán)境的忍耐力高，這些經(jīng)歷了“太空旅游”的珍貴種子沒(méi)有發(fā)生任何改變。這也意味著中國(guó)第一次的太空植物飛行試驗(yàn)無(wú)功而返。
1987年之后，中國(guó)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(lái)種植之后，結(jié)果只有一種產(chǎn)量提高，就是蘆筍，因?yàn)榉种υ龆啵s增加了20%－30%的出筍率。不過(guò)增產(chǎn)的原因并非種子的遺傳變異，而是所謂“營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)”，即營(yíng)養(yǎng)器官(蘆筍的莖)發(fā)生了變化，到第二代時(shí)，變化就沒(méi)有了。
對(duì)此，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所國(guó)家蔬菜改良中心研究員王曉武解釋說(shuō)，因?yàn)榉N子不是單一的受精卵，而是一個(gè)微型的植物胚胎，某個(gè)變異如果發(fā)生在將來(lái)發(fā)育成莖的那個(gè)細(xì)胞上，那么第一代植株的莖的生長(zhǎng)就會(huì)起變化。但是，由于將來(lái)發(fā)育成種子的那個(gè)胚胎細(xì)胞有可能并不發(fā)生相應(yīng)的變化，第一代植株的變異因此也無(wú)法遺傳下去。
不過(guò)，這些現(xiàn)實(shí)問(wèn)題并沒(méi)有影響中國(guó)對(duì)太空育種的研究熱情。1996年，中國(guó)實(shí)驗(yàn)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(kāi)拓者王淦昌院士，聯(lián)合七位著名專家學(xué)者給中央寫(xiě)信，建議把航天育種工程列入國(guó)家計(jì)劃，發(fā)射一顆農(nóng)業(yè)衛(wèi)星，為中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展服務(wù)。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(jí)重點(diǎn)課題。
2002年，科技部也將農(nóng)作物太空育種課題正式列入國(guó)家“十五”“863”計(jì)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(jī)”。一顆專門的太空育種衛(wèi)星——“實(shí)踐八號(hào)”在當(dāng)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(dòng)物等，以及一系列的試驗(yàn)裝備。這也是中國(guó)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(guān)負(fù)責(zé)人曾對(duì)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(jī)的，“有益突變”的概率只有1%－3%。
劉錄祥則認(rèn)為，衛(wèi)星搭載過(guò)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(jì)算，在100個(gè)種子里，僅有1個(gè)－3個(gè)種子會(huì)在第一代的地面種植時(shí)，表現(xiàn)出良好的性狀。而一個(gè)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(guò)太空輻射的種子的變異，“也完全是隨機(jī)的，就是說(shuō)，有的會(huì)變好，有的會(huì)變壞。”劉錄祥說(shuō)，目前科研工作者并不能控制變異發(fā)生的過(guò)程，更無(wú)法預(yù)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(dá)4300萬(wàn)個(gè)，包含3萬(wàn)－6萬(wàn)個(gè)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(jí)品種”，可能性微乎其微。
香港浸會(huì)大學(xué)生物系副教授張建華曾撰文《我對(duì)太空育種的質(zhì)疑》指出，按照輻射會(huì)破壞DNA的原理，應(yīng)該先看到大量“變壞”的變異才對(duì)，變好的變異應(yīng)是極少的。
昂貴的太空育種
從國(guó)際研究界的實(shí)例看，太空育種也乏善可陳。
上世紀(jì)50年代至60年代初期，前蘇聯(lián)和美國(guó)的科學(xué)家就已開(kāi)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(dāng)時(shí)試驗(yàn)的目的是探測(cè)空間環(huán)境的安全性，為載人航天進(jìn)行前期準(zhǔn)備。
美國(guó)宇航局(NASA)還曾經(jīng)在上世紀(jì)80年代把數(shù)萬(wàn)粒番茄種子送到空間站里放了六年，回來(lái)后分給小學(xué)生進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，結(jié)果一無(wú)所獲。
從此之后，美國(guó)的太空科學(xué)實(shí)驗(yàn)大都集中在植物太空生長(zhǎng)方面的研究，目的是為將來(lái)在太空站種糧食做準(zhǔn)備。利用太空誘變種子的實(shí)驗(yàn)則完全停止了。目前，俄羅斯亦是利用國(guó)際空間站進(jìn)行太空植物試驗(yàn)研究，其目的也在于預(yù)先知道植物如何在宇宙生長(zhǎng)，在執(zhí)行長(zhǎng)距離的空間項(xiàng)目時(shí)，宇航員將可以自己種植食物。
在與熟悉的外國(guó)同行打交道時(shí)，劉錄祥經(jīng)常會(huì)問(wèn)，“你的誘變?cè)囼?yàn)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(cāng)庫(kù)里存著。
美國(guó)猶他州大學(xué)作物生理學(xué)家布魯斯·巴戈比(Bruce Bugbee)，致力于為NASA研究未來(lái)空間農(nóng)業(yè)的可行性問(wèn)題，在參觀了劉錄祥的實(shí)驗(yàn)室之后，他認(rèn)為，在地球上很難復(fù)制一些來(lái)自宇宙的輻射。美國(guó)與俄羅斯相似的實(shí)驗(yàn)都未能產(chǎn)生出變異的種子，而且，必須非常精準(zhǔn)地控制實(shí)驗(yàn)才有可能成功。
路易斯安那州大學(xué)育種專家柯恩(Marc Cohn)表示，太空試驗(yàn)對(duì)種子發(fā)展研究提供的特性只是看種子在完全無(wú)重力下的反應(yīng)。
國(guó)際糧農(nóng)組織目前倡導(dǎo)的是地面核輻射育種技術(shù)，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?gòu)闹羞x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(guó)際上已經(jīng)通過(guò)這項(xiàng)技術(shù)培育出3000多個(gè)品種，美國(guó)有200多個(gè)品種，俄羅斯更多。
該領(lǐng)域的國(guó)外專家在與劉錄祥交流時(shí)常告訴他，太空育種隨機(jī)性太大，效率太低，且機(jī)會(huì)有限。
但劉錄祥仍為自己的實(shí)驗(yàn)辯護(hù)稱，化合輻射和微重力的結(jié)合作用，可能會(huì)比單受輻射影響產(chǎn)生更多的突變。他樂(lè)觀地預(yù)測(cè)這項(xiàng)努力可能會(huì)帶來(lái)新的商業(yè)化高產(chǎn)番茄、青椒作物。同時(shí)，他表示，傳統(tǒng)育種培育出一個(gè)新品種至少要經(jīng)過(guò)八代的培育才能穩(wěn)定下來(lái)，太空育種可以把過(guò)程縮短一半，需要四代以上。不過(guò)，劉錄祥亦承認(rèn)，太空育種的優(yōu)勢(shì)目前也“僅此而已”。
但是，這項(xiàng)優(yōu)勢(shì)“僅此而已”的項(xiàng)目卻花費(fèi)不菲。
“十一五”期間，“863”計(jì)劃中航天技術(shù)經(jīng)費(fèi)為2400多萬(wàn)元，太空育種斬獲其中900多萬(wàn)元支持；2006年國(guó)家科技支撐計(jì)劃啟動(dòng)“航天工程專項(xiàng)”，太空育種從中再獲近800萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)。
從中可見(jiàn)，太空育種已成為中國(guó)航天工程中一個(gè)重要項(xiàng)目。由于經(jīng)費(fèi)導(dǎo)向，繼中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，近年來(lái)中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、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(guó)已有220多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)投身其中，也從不同渠道獲得了使自家種子搭載升空的機(jī)會(huì)。而每克種子搭載進(jìn)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(huì)得到更大的支持，一個(gè)與其相關(guān)的“863”計(jì)劃即將啟動(dòng)。
太空育種的概念，以及國(guó)家計(jì)劃的導(dǎo)向，也間接催生出了一個(gè)號(hào)稱“太空產(chǎn)品”的市場(chǎng)。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育所研究員劉敏說(shuō)，“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(gè)做廣告，賣太空產(chǎn)品，事實(shí)上很多單位都沒(méi)有進(jìn)行后續(xù)研究的實(shí)力，炒作的成分居多。”
劉錄祥就時(shí)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(guó)的航天搭載市場(chǎng)很無(wú)序，甚至還有打著中國(guó)航天科技集團(tuán)太空搭載旗號(hào)造假的公司。”劉錄祥說(shuō)。
空間種子基因突變的概率極小，且育種也是一個(gè)復(fù)雜而又漫長(zhǎng)的過(guò)程，以劉錄祥所在的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院航天育種研究中心為例，其已經(jīng)做試驗(yàn)近20年，培育的新品種也只有十幾種，通過(guò)國(guó)家級(jí)驗(yàn)收的只有幾種。
“可現(xiàn)在有人到處宣傳說(shuō)幾年就搞出了多少新品種，很多是騙人的。”劉錄祥說(shuō)。
作者為科學(xué)媒體記者
蔡婷貽、唐鳳對(duì)此文亦有貢獻(xiàn)
