利用航天器研究植物生长发育及遗传变异的工作,已有30多年的历史。近年来,重庆大足县农民罗登强提供的荷花种子搭载返回式卫星飞入太空后返回了地面。现在在他的育种室里,这些种子中的一部分已经开出了美丽的花朵。
但专门负责罗登强荷花太空育种的专家说,150粒从太空返回的荷花种中,有近60粒没有成活,产生变异的数量也很少,但是他们打算继续这项工程,一直持续到2008年。
植物种子在外太空都会产生哪些微妙变化?太空育种究竟会达到怎样的效果呢?
关于太空育种的最新研究进展
原中国科学院遗传所研究员,被称为“中国空间育种第一人”的蒋兴村认为,太空育种主要是通过强辐射、微重力和真空等太空综合环境因素诱发植物种子的基因变异。由于亿万年来植物的形态、生理和进化始终受地球环境的影响,因此一旦进入太空将有可能产生地面上难以获得的基因变异。从卫星搭载回的物品中精选出优质的品种来看,植物的果实大小、营养物质的含量以及抗病虫害等方面均有显著改善。
植物的种子只要送上太空就能产生突变?种出的蔬菜瓜果就能增产吗?现在对于太空育种的宣传,往往让人对太空育种的神奇充满向往。
大连海事大学环境系统生物研究所所长孙野青教授说,不是说只要种子上过太空,就一定会发生突变。并且不同品种其突变率也有很大差别。
经过统计,一般种子在太空中的突变率是在0.05%~0.5%之间,一点变化都没有的种子有很多。在所发生的突变中,也并非全都是抗病能力增强、高产和早熟等有益变异,甚至从总体上来看,减产、抗病能力减弱等不利于生产的劣性突变表现得更多。
实际上,种子所谓“好”与“坏”的突变都是人为选择的,突变本身是无所谓优劣,做基础研究时,很多“劣性突变”更有利于进行研究种子对宇宙空间环境的敏感性,以及种子在基因修复机制上的方式。
关于太空育种的争议
综合各种因素,太空环境对植物的生理和遗传性主要有哪些影响,这些影响由哪些因素促成,以及如何产生影响至今都还没有定论,也因此,太空育种计划自启动以来就引起了一些专家的争论。
分子生物学博士方舟子曾经表示,“太空诱变”和其他诱变方法在本质上是一样的,不可能有任何优势。所谓“太空育种”并不比地面育种更有优势,反而占用了宝贵的航天资源,完全是一种炒作,因此应该给予否定。
方舟子还认为,突变没有方向性首先是在遗传学实验中观察到的一个事实,之后又被分子遗传学的基础研究所证实。当我们用辐射、药物处理种子时,是在盲目地攻击种子中的DNA,DNA序列或结构会发生什么样的变化无法预知,那么它们会如何改变生物体的功能也是随机的。由于生物体经过长期的进化之后,其结构和功能之间的关系已相当完善、协调,盲目地改变它,在绝大部分情况下会是有害或无用的。只有非常偶然的情况会出现个别我们乐于见到的有益突变。
关于太空育种的前景
太空育种择优录取至少需要4代培育。对此,中科院遗传与发育生物学研究所研究员、太空育种专家刘敏教授发表了自己的看法:“太空育种是辐射诱变育种的一个方面。在地面上,我们通常使用钴60对种子照射,但在太空失重的环境,再加上太空高能粒子的照射,比地面上更容易促使种子产生突变。”
“种子产生突变后的效果主要和在太空中接受辐射的剂量多少、时间长短和所处的位置有关,和本身是什么种子没有关系。”
“从太空回来的种子经过培育,挑选出的优良品种要经过不少于4代的种植,其中的每一代遗传性状都有所分离。如果4代后有幸筛选出一个新品种,还需要国家有关部门的品种审定,这一过程至少需要3年,之后专家审定合格后才能拿到证书。”
“航天育种,现在确实有一些争论,目前我们的研究方向主要是机理研究,比如为什么会产生突变,这些变化产生在哪些方面,对我们有哪些好处。”
“在实际中我们发现,太空育种确实比地面诱变效果要好很多,但是绝对不应该属于炒作。我国太空植物育种已经有10多年历史,而动物育种还是刚起步阶段。前不久农科院蜜蜂所就把蜜蜂的精液送上了太空,现在正在做进一步的观察研究。”