太空科幻电影《火星救援》里,被独自遗留在火星上的男主角靠着种土豆吃土豆生存了500天。为什么是土豆而不是别的食物?
事实上,太空生存,既可以当主食也可以当菜吃的土豆将成为航天员的优选,我国未来空间站建设,也可能离不开土豆。
要探讨太空粮食作物,得先从种子说起。如果你在网上搜一下太空种子的话,会出现五花八门的品种。如果把这些种子买到家,你会种出奇形怪状的辣椒西红柿吗?能种出特大号的南瓜吗?太空蔬菜和水果到底是怎么一回事?
近日,伟瓣桔(微信号bjcbnews)走进航天育种蔬菜瓜果大棚,请权威航天育种专家进行一一解答。
去年10月,景海鹏和陈冬驾驶着神舟十一号太空飞船一飞冲天,与他们一同太空旅行的就有不少来自地球物种,有芒果愈伤组织试管、马铃薯种子,还有食用菌等等。航天员返航后,不但把它们带了家,也带回了从天空二号上取回来的水稻、小麦、辣椒、甜瓜、豆角、南瓜、西葫芦、黄瓜、葫芦、冰菜、山桐子、苦荞等种子。
如今,这些在太空逛了一圈的种子已经在通州的太空育种基地安了“家”,科研人员正在对他们开展地面选育试验。在通州国际种业科技园区,占地四百亩的太空育种基地一片绿意,各色瓜果让人眼馋。
成熟的太空香蕉个大粗实,很难在市场上见到,尝起来味道香甜。
除了蔬菜瓜果,这里还能找到花卉。粉色的迷你小月季花放在透明的小瓶中甚是好看,这是神舟四号飞船搭载后地面选育而成的月季新品种,株型矮小,花头众多,而且还可以全年开花。
在合适的季节,这里还能看到太空树莓、太空葡萄、太空兰花、太空百合等等各色太空作物。
航天科技集团下属神舟绿鹏农业科技公司组培中心的杨硕博士介绍说,这里年种苗生产能力达到5000万株。
市场上常见的叶类、根茎类蔬菜等等,这里都有。农业市场上流行什么或者未来有潜力的品种,就会选择去做研发,每年都会出一批新品种。
比如螺丝辣椒、牛角辣椒都很受欢迎,口感更好,产量更高,抗病性也比较好。
番茄的优质果品种也比较多,农民种起来的效益也会比较高,有的是口感好,有的是产量高,不同的品种有不同的特性。”
除了航天育种推广,作为航天科普教育基地,这里还会接待一些学生团体参观实践活动,不过并不接受散客参观,也没有采摘项目。
太空育种,并不是说把种子带上天再带回来栽种那么简单,而是带回来后还要再精心挑选,进行育种。“龙生九种,各有不同”,同样是种子,有的到太空转了一圈,种子还是原来的种子,有的种子却发生了变异,完全变成了一种新的材料。
不同的生物品种,变异的几率也是不一样的,比如辣椒、南瓜的种子变异率较高,可以达到百分之几,而萝卜的变异率却只有千分之几。但是因为萝卜的种子体形较小,就可以多带一些到太空,带回来后还是可以挑出合适的种子。
农作物的种子遨游太空,在神奇宇宙到底发生了怎样的变化,才能发生变异最终被人们选用呢?
杨硕解释说,生物基因是一个不断修复的过程,在太空辐射、电磁、微重力等等以及一些我们未知的太空环境影响下,打断的频率太高,而在修复过程出现了乱码,再接上的时候位点就错乱了,这就是变异。这种变异就会导致生物出现变化,可以是颜色,也可以是形状等等,但是怎么变,人为是无法控制的。
种子在太空到底怎么发生改变,地球人类还无能为力,但是什么样的种子是我们可以利用的,人类还是想出了办法,把这些太空带回来的种子种到田间,哪些个头长得高,哪些味道更好,哪些可以抗病,都可以进行挑选。
太空育种优选出来的种子,到底好在哪?答案是:高产、抗病、早熟、优质,比如经我国第22颗返回式卫星上搭载的金针菇,优选出的新品种,生长期就缩短了20%。
“把所有的种子拿回来以后,从外观上是无法判断是否改变的,没办法肉眼辨别,要实验发现,要栽种到田间进行选育。”杨硕介绍说,每次太空搭载的时候,都要留一份一摸一样的种子在地面。太空回来的种子和没上过太空的种子通过对比,寻找变异株,主要是通过性状表现进行判断。再进一步种植筛选,找到性状稳定的可利用、可遗传的保留下来,再进行杂交。
“比如把番茄的母本种子带上了天,就好像有些“妈妈”在太空中睫毛更长了,皮肤更白了,当然还有些变得更难看了,或者压根没变化。回到地面后,人们选出变漂亮的,和爸爸结婚生的孩子就会更漂亮。
又或者番茄的父本种子带上天,回来后变好的“爸爸”被选出来,和“妈妈”结婚生的孩子个子长的更高,体质更强健。”
从蔬菜到瓜果,从粮食到花卉林木,在现实生活中,也许人们并不知道,每天在吃、在用的农作物中,都可能是太空育种的杰作。
“理论上说,人们餐桌上吃到的或者是家里栽种的花卉等太空育种农作物,都是种子在太空遨游后再繁衍的后代产物,”杨硕解释说,因为太空种子必须经过多代的稳定型测试后才能利用,至少是三代到五代,中间需要有漫长的时间进行试验,不同品类时间也不一样,蔬菜一般要三年到五年可以出一个品种,有些可能甚至需要几十年。
对于网上各种名目的所谓太空种子,杨硕认为,即使买回家也很有可能种不出来,或者和普通种子没有区别,一般消费者也很难辨别。
“航天育种成熟品种的种子卖给农户或者种植企业,都要有国家标准,制种、包装分拣都有严格要求。国家对种子的生产销售是有严格立法的。”杨硕说,真正在田间地头工作的农户或者种植企业,是不会轻易相信口头说法的,他们要到地里去看展示棚子,看看种子在田间的真实表现,他们看一眼果实就是知道怎么回事了,有时候会要一些种子试种。
“网上卖的种子大部分是卖给个人,和卖给种植户的种子差别可能会很大。”杨硕说。
随着我国航天发射越来越频繁,社会各界也开始掀起航天热,有些商家也就此做起了噱头,标榜自己的商品上过太空。
对于这样的现象,中国空间技术研究院航天育种专家、航天神舟生物公司总工程师赵辉指出,通过“上天”只是获取一种材料,到了地面要怎么做,还是按照固有的科学规律做,不是到了天上就会变成神奇的东西。
“有些企业的宣传,实际上是一种误导。比如一把小麦种子带上天,回来能不能成为新的小麦品种,是一个未知数,要经过大量科学实验和选育,田间观察等,然后才能最终经过审定进而推广。”
“有一些农业采摘园、观光园,挂着航天育种的牌子,可能完全是忽悠”,赵辉指出,在北京,目前由我国航天系统设立的航天育种基地只有神舟绿鹏这一家,没有第二个。其他挂着航天育种牌子的,有的是从这里买一些航天育种的种子种植,然后说是航天育种,这是一种商业行为。但还有一些所谓太空育种基地或者大棚就完全是“忽悠”。
“航天育种的特性之一就是抗性增强,最重要的是抗病,在现实生产中的意义在于可以少用或者不用农药,解决了残留和对土壤的污染问题,是对食品安全的保证,对可持续发展的环境友好。
但是有些标榜的航天育种,不但不是航天育种的品种和技术,反而就是用农药催的,追求利益最大化,成本怎么便宜怎么来。这种现象确实有,而且还不少。”
神秘而危险的太空,人类要想飞的更远,首先要解决补给问题。我国未来的载人航天计划是建立永久的空间站以及载人登月。服务于我国未来太空基地的生命生存,航天育种正在地面进行模拟实验,不过专家指出,建造太空“会飞的农场”,目前还远没有达到实现的时候。
变异不是只有在浩瀚太空才能发生的,物种在大自然也会发生变异。杨硕解释说,比如我们吃的娃娃菜,个头变小了,紫甘蓝的颜色变得特殊。
除了自然变异,人工干预的诱变育种研究在国际上也已经有80多年了,通过辐射源、化学诱变剂等处理,也都可以产生变异。毕竟太空搭载太稀缺了,人们试图在地球上寻找更多的机会。但数据积累分析发现,现阶段在地面上模拟失重等等太空环境下的育种效果都没有实际太空搭载的效果好。
自1987年以来,我国科学工作者22次利用返回式卫星和神舟飞船搭载植物种子、菌种、试管苗等近4000种,经地面筛选育成200多个农作物优良新品种、新品系并进入品种区域试验,通过国家或省(部)级鉴(审)定的新品种有72个,包括水稻、小麦、玉米、大豆、油菜、棉花、花生、芝麻、番茄、青椒、苜蓿等多种作物,并从中获得了一些有可能对产量有突破性影响的罕见突变材料。迄今累计推广“太空粮食作物”240万公顷,增产粮食13亿公斤。
航天育种的产品和成果应用很广,餐桌上的美食,可能你并不知道它的“上几代”种子曾经坐着神舟飞船或者卫星遨游过太空。这种“只能做不能说”的尴尬究竟是什么原因呢?
赵辉解释说,终端消费市场上,卖东西的人确实很少宣传航天育种,说它是从“天”上回来的,原因之一是公众对于航天育种和转基因的理解有混淆,很多人会问,从“天”上回来的植物基因变了还安全吗?能吃吗?所以可能会有质疑,可能就不买了。商家出于这样的担忧。但在某些地区,比如西北地区,人们对航天育种的辣椒推广非常认可,不是航椒还不好卖。
赵辉指出,事实上,航天育种并没有经过人为的方法将外源基因导入到作物之中使之产生变异,这种变异本质上与生物界的自然变异没有任何区别,因而它不是转基因。目前,人们对航天育种的认可率在逐步提高,很多农户会主动去找航天育种的种子。
在去年的神舟十一号和天宫二号的对接任务中,航天员把生菜的种子带到天宫二号栽种,经过航天员“菜农”30天的培育,成熟的生菜被带回了地球。
赵辉指出,未来我国的空间站和深空探测、基地建设等总是要有人类在那里长期驻留和工作,需要补充给养,获得食物。短期可以从地球带到太空,如果是经年累月,就需要将地面的高等生物种子带到太空,在空间环境中生长发育,在外太空直接获取食物和收成。目前具备独立掌握空间飞行器的返回技术和发射载人飞行器的国家也只有美国、俄罗斯和中国三个国家,在航天育种这个领域的研究和成果也更多一些。
另外,除了满足食物获取的需求,在地外基地建设和地外居留舱建设中,需要有一个受控生态系统,其中的植物特别是高等植物是最主要的组成部分,通过它产生光合作用,形成受控生态环境,使人能够在类似于地球的生态环境中生活。
服务于未来太空生存的航天育种,目前我国正在进行模拟实验。赵辉介绍说,从小麦、水稻到各种蔬菜,茎菜、叶菜类等等都有,不同类型的作物在天上种植有不同的使用目的和需要,有的就是为了获取食物,有的就是为了参与受控生态系统建设。
我国的地面模拟空间环境受控生态系统的实验已经做了几批。“模拟实验中,种有几十种不同的植物,种土豆那是必须的。”赵辉说,土豆的营养和栽培方式比较适合这种环境,这是经过大量实验获取的经验。
根据我国的航天发展规划,2020年将在太空组装建成空间站。“预计2022年就可以运行了,到那个时候还是需要货运飞船送一部分东西,也要争取做一些自给自足的实验,但是还要有一个过程。”赵辉说,建造太空“会飞的农场”的目标,目前还远远没有实现的时候。