太空育种地上忙----访中国科学院遗传研究所刘敏研究员

中国科学院遗传研究所的刘敏研究员是花卉遗传项目的主持人、北京航天育种基地顾问。在刘敏研究员的办公室里，我看到的“太空茄子”标本重2．2公斤，足有篮球大小。那些太空育种资料照片更是令人叹为观止：一个菜葫芦（瓠子）重3．4公斤、长达80公分；一根黄瓜重1．8公斤；一串红植株则明显变矮，花序既多且密……

刘敏研究员说，航天育种是航天技术与生物技术、农业育种技术相结合的产物，可以带动农业、草业、林业、花卉业、微生物制药业、细胞工程等方面的产业发展。地面上生存的生物都是在地球重力场、低辐射条件下长期的自然选择和进化的结果。我国是世界上能发射返回式卫星和飞船的三个国家之一，已经成功地发射了多颗返地卫星和飞船。卫星和飞船在空间飞行时，物体处于微重力、高真空、受到宇宙高能粒子辐射的特殊条件下。飞行一段时间之后，就会使携带的生物材料产生突变，然后从中筛选出人类需要的高产、优质的变异材料。因为这种变异是DNA内部发生重组，不是外源基因的加入，所以很安全，具有广阔的市场前景。

刘敏研究员说，太空育种并不像有些人想象的那么容易，并不是把种子送上天就能点石成金了。首先，变异率虽然比辐射育种要高，也就是1％—1‰，而且变异又分为有益变异和无效变异。你在这里看到的都是果实变大的，还有变小的，果实结出来就这么一丁点儿，有的刚发芽就趴在地面上，还有的干脆夭折了。再者，种子需要连续筛选至少4代，性状才能稳定。大量的工作是在田间进行的。我们下一次准备搭载的是用于西部开发的草种和树种，希望能获得抗旱、抗寒、固沙性能好的变异。

如数家珍
刘敏研究员如数家珍地说，自1987年以来，我们成功地利用返回式卫星进行了多次搭载粮食作物、经济作物、蔬菜、花卉种子及微生物、试管苗、培养细胞等的试验。从“神舟一号”回来的种子，已经两年了，正在进行地面选育，你看到的大茄子和大瓠子都是这一批。目前这些种子仍然不稳定，后代出现了较大的差异，田间选育及细胞学、分子生物学的检测工作还正在进行。遗传所在1996年返回式地面卫星搭载的种子，已经选育5年了，已经获得产量高、口味好、果型大的新品系太空黄瓜96—1，亩产在6000公斤左右，单果平均长40厘米，重1000克，最大单果可长达52公分，重1800克。太空黄瓜96—1可以在极嫩时采摘，有一股特殊的清香味，口感比普通黄瓜更鲜脆，既可以做迷你型黄瓜，又可以长大后收获大果型黄瓜，并且表现出抗霜霉病及植株高大、健壮的特性。同时，用太空黄瓜与密刺型黄瓜进行了杂交，获得了重量达1000克，长度40公分的顶花带刺、具有较高商品价值的黄瓜新品系。如今，太空黄瓜96—1已在北京良乡、怀柔、密云、以及四川、江苏、江西等地扩大种植，农民反应很好。1996年还搭载了20种花卉种子，其中一串红获得了花朵大、花期长、分枝多、矮化性状明显的变化；三色堇花色变为浅黄色，花期更长；万寿菊花期明显增长，从3月17日盛开到11月，花期达9个月；醉蝶变得植株高大，花期长达8个月；原本为纯红色的矮牵牛出现了花色相间、一株上长出不同颜色的花朵；八月菊、小丽菊、黑心菊也出现了花朵变大等可喜的变化。

遗传所1996年搭载的太空花生，也获得了高产优质的株系，其产量比对照品种增加1倍。至今，利用航天育种技术我国已经培育出经有关部门审定通过批准的水稻、小麦、青椒、番茄、棉花、莲子等8个品种和许多优良品系以及优良的菌种。农作物方面，利用多颗返回式卫星和高空气球进行搭载农作物种子，总计有22个省市、70多个单位搭载了65种作物，370多个品种。用卫星处理的水稻种子，其变异频率为12．5％，比地面处理的变异频率提高100倍。同时，对水稻大粒型突变体进行分子水平的基因分析，初步证实此变异是由空间特殊条件处理种子引起基因突变而来。虽然大粒型变种与对照间在形态上有很大差异，但从调出的2000个基因谱带中只有5个基因有差异，只有0．25％。在白莲的无性系中也引起深刻的变异，像白莲中出现极早开花的品系，一个节间能长出二片叶子类型，试验证实这些优良性状可以通过无性系保持下来。

1987年国家“863”高科技计划开始，中国科学院微生物所、遗传所、上海植物生理所和解放军兽医大学等单位搭载了大量的微生物材料。结果，微生物生长速度有较大的变异，出现了有明显的提高、不变、降低甚至夭亡三种类型。赤霉素产生菌筛选出效价提高10％以上的菌株；产邻苯二酚l，2一双加氧酶株假单胞菌No．40，选出了相对酶活率提高39％、产酶量较稳定的株系；纤维素酶、果胶酶、淀汾酶的产生菌经空间处理后选出效价成倍提高的菌株。其中经济性状良好的纤维素酶菌种，已在生产上发挥良好的作用。很难诱变的抗生素庆大霉素生产菌棘孢小单孢菌，利用卫星搭载，获得效价提高18％的高产株系。卫星搭载的莫能霉素菌种，获得二株特大抑菌圈的株系，其效价为对照的3倍。搭载头孢菌素酰化酶基因工程菌获得酶活性比对照高4．35倍菌株。的托布拉霉素生产菌效价提高38％。搭载处理甘露聚糖酶产生菌，筛选出的个别菌株比对照提高90％以上，蛋白酶提高50－70％；搭载的NIKKO霉素产生菌选出抗生素效价提高13－18％，NIKKO霉素X组分和Z组分亦有所提高；搭载两岐双杆菌菌种进行卫生处理，也获得效价提高、具有耐氧、抗辐射等新性状和菌株。中科院遗传所搭载的蘑菇菌种，经地面选育，现已获得了产量高、口感好的新菌种，已在生产上试种。还有高纤维素酶饲料添加剂菌种、高蛋白饲料酵母、高产的灵芝及其优质孢子粉等。
在机理研究方面，遗传所的专家对卫星搭载的植物进行了细胞学、生理学、分子生物学的检测工作，认为空间环境可以导致生物基因组DNA的碱基变异，并造成DNA的断裂和重组，因此诱发变异。但是近年来，随着基因组研究的深入和发展，遗传所的专家又发现了新的变异机制，他们的研究表明：太空环境使潜伏的转座子激活，活化的转座子通过移位、插入和丢失，可以导致基因的变异和染色体的变异。基因组序列测定表明，在植物中存在大量转座子序列和逆转座子序列，太空环境激活了这些转座子，这一新的发现为航天育种的机理研究又增加了新的内容，加速了航天育种机理研究的进程。

任重道远
说到太空育种的应用价值，刘敏研究员说，由于我国耕地面积有限，粮食增产措施主要依靠良种。过去多年的常规杂交育种，几乎把所有的基因都杂交组合了一遍，培育了不少高产优质的品种。但是缺少新的基因参与，成为限制培育良种的“瓶颈”。空间诱变育种，特别是培育出特殊基因品系进行杂交育种，其经济效益极为可观。
随着农业产品结构调整，对花卉业、草业、林业的需求日益增大，西部大开发也急需速生、耐干旱、产量高的大批苗木、饲草和植被草，常规育种也远远满足不了飞速发展的需要。太空环境可以使牧草、树木诱变，从而筛选出有益的变异，如产量高、经济性能高、速生等优良性状，从而形成太空草业、太空林业，有着广阔的市场前景和市场需求，同时也将产生可观的社会效益和经济效益。

抗生素制药企业从国外引进一个新的高效菌种，其价格不亚于建一个新厂。酶制剂是21世纪重要的生物工程产业，酶效价的高低，直接影响工厂的效益。一个优良的菌种或动物细胞株，可以在不增加成本的情况下大幅度提高产品的产量和质量。因此，选育酶制剂新菌种和细胞株，也是国际酶工业发展竞争的焦点。选育出优良菌种，可以在不增加成本的基础上，使产量几成或成倍的大幅度提高。可见，空间条件处理菌种，是微生物诱变育种和空间制药的有效方法。

刘敏研究员说，据资料显示：国外从1960年开始，从事空间生命科学研究及空间遗传变异研究已有40年历史，利用卫星搭载植物材料50多次，但仍然停留在同一阶段，即研究空间条件对植物生长发育和遗传特性的影响。因为研究生命科学的科学家并不从事育种工作，至少是与育种、林木、花卉的工作脱节的。将空间诱变用于遗传育种，并且形成一定规模的应用范围，无论是从品种培育上还是向产业发展方面，我国目前是走在世界前列的。当前迫在眉睫的问题，是将现有的优良品种推向大规模生产，将这一高科技成果产业化。有条件的话，希望能建立空间生物学实验室、航天育种基地和生物制药基地。

摘自[科技日报]