太空育种，太空捞针？
【作者：《财经》特约作者 潘希 】
中国对太空育种的热衷，缺失了科学研究的价值判断，同时也被一些宣传噱头所利用
2011年11月1日，搭载着科研用植物种子的神舟八号飞船升入太空，这些“命运未卜”的种子随着神舟八号一起，于11月17日返回地球。
经过短暂而昂贵的太空旅行，在这些种子“身上”寻找未来有可能使人类受益的基因突变，将成为中国农业科学家的重要工作。
太空育种，也称空间诱变育种，为航天技术与生物技术相结合的产物，是利用返回式卫星或宇宙飞船等航天器将作物种子送到太空，利用太空特殊环境的诱变作用，使种子产生基因突变，再返回地面选育新品种的基因诱变技术。
自上世纪中叶，太空育种技术的产生、发展，与人类对外层空间的探索密不可分。不过，在航天技术迅速发展的21世纪，太空育种却并没有在美国、俄罗斯等航天大国中“形成气候”。
一个重要原因是，“不论是诱变原理，还是种子产生基因突变的概率，太空育种与传统的地面辐射育种没有太大差别。”中国农业科学院航天育种研究中心主任、中国国家航天育种工程首席科学家刘录祥说。
而中国对太空育种技术的推崇却方兴未艾，因此，北京大学生命科学学院院长饶毅等提出疑问，既然两者没有差别，中国为什么要花大量经费去把种子送入太空？
“撞大运”的基因突变
在太空环境中，宇宙射线、微重力、高真空等环境因素的综合作用下，可能会诱发种子产生基因变异，获得新的基因特性。这一辐射诱变的机理是：强烈的太空射线将种子的DNA打断，打断的DNA会被重新接上，其中接不好的就发生了基因变异。
1987年8月5日，中国第九颗返回式科学试验卫星成功发射，一批农作物种子、菌种和昆虫等地球生物被送向了遥远的天际，开启了中国农作物种子的首次太空之旅。
现已退休的中国科学院植物研究所研究员刘存德，就是当年第一个提出可以把种子作为卫星配重进行太空搭载的人。据她回忆，在与航天部门的多次协商之后，一个自成密封体系、经过反复严密包裹的石刁柏干种子随卫星搭载上了太空。七天后，卫星载着石刁柏种子返回地面。
但由于干种子水分含量少，对环境的忍耐力高，这些经历了“太空旅游”的珍贵种子没有发生任何改变。这也意味着中国第一次的太空植物飞行试验无功而返。
1987年之后，中国又连续发射了五颗返回式卫星，均搭载了育种材料。刘存德搭载的几十种植物种子回来种植之后，结果只有一种产量提高，就是芦笋，因为分枝增多，约增加了20%－30%的出笋率。不过增产的原因并非种子的遗传变异，而是所谓“营养生长”，即营养器官(芦笋的茎)发生了变化，到第二代时，变化就没有了。
对此，中国农业科学院蔬菜花卉研究所国家蔬菜改良中心研究员王晓武解释说，因为种子不是单一的受精卵，而是一个微型的植物胚胎，某个变异如果发生在将来发育成茎的那个细胞上，那么第一代植株的茎的生长就会起变化。但是，由于将来发育成种子的那个胚胎细胞有可能并不发生相应的变化，第一代植株的变异因此也无法遗传下去。
不过，这些现实问题并没有影响中国对太空育种的研究热情。1996年，中国实验原子核物理、宇宙射线及基本粒子物理研究的主要奠基人和开拓者王淦昌院士，联合七位著名专家学者给中央写信，建议把航天育种工程列入国家计划，发射一颗农业卫星，为中国农业发展服务。正是这一年，农业部正式将“作物空间诱变育种”列为“九五”部级重点课题。
2002年，科技部也将农作物太空育种课题正式列入国家“十五”“863”计划。而种子从作为零星搭载的“乘客”，在2006年甚至有了自己的“专机”。一颗专门的太空育种卫星——“实践八号”在当年9月9日发射成功，搭载了208公斤的生物材料，包括133种植物和微生物、模式动物等，以及一系列的试验装备。这也是中国第一颗、迄今世界上唯一专门用于太空育种的卫星。
江西省农科院有关负责人曾对媒体表示，太空诱变种子发生基因突变的几率仅为3%－10%，并且是随机的，“有益突变”的概率只有1%－3%。
刘录祥则认为，卫星搭载过的种子只有百分之几甚或千分之几可能发生变异。
这就意味着，即便按照3%的高概率计算，在100个种子里，仅有1个－3个种子会在第一代的地面种植时，表现出良好的性状。而一个太空育种的作物要想成为稳定的优良品种，至少要在第四代还保持同样的稳定性状。
另外，经过太空辐射的种子的变异，“也完全是随机的，就是说，有的会变好，有的会变坏。”刘录祥说，目前科研工作者并不能控制变异发生的过程，更无法预知其变异产生的效果。
即使水稻这种基因组不大的农作物，其碱基也高达4300万个，包含3万－6万个基因，要想从太空诱变的“小概率事件”中，寻找到给人惊喜的“超级品种”，可能性微乎其微。
香港浸会大学生物系副教授张建华曾撰文《我对太空育种的质疑》指出，按照辐射会破坏DNA的原理，应该先看到大量“变坏”的变异才对，变好的变异应是极少的。
昂贵的太空育种
从国际研究界的实例看，太空育种也乏善可陈。
上世纪50年代至60年代初期，前苏联和美国的科学家就已开始将植物种子搭载卫星上天，并在返回地面的种子中发现其染色体畸变频率有较大幅度的增加，但突变发生的概率极低。而当时试验的目的是探测空间环境的安全性，为载人航天进行前期准备。
美国宇航局(NASA)还曾经在上世纪80年代把数万粒番茄种子送到空间站里放了六年，回来后分给小学生进行对照试验，结果一无所获。
从此之后，美国的太空科学实验大都集中在植物太空生长方面的研究，目的是为将来在太空站种粮食做准备。利用太空诱变种子的实验则完全停止了。目前，俄罗斯亦是利用国际空间站进行太空植物试验研究，其目的也在于预先知道植物如何在宇宙生长，在执行长距离的空间项目时，宇航员将可以自己种植食物。
在与熟悉的外国同行打交道时，刘录祥经常会问，“你的诱变试验结果怎么样？”他得到的回答通常是“不怎么样”。
俄罗斯专家格林娜曾告诉他，俄罗斯多次搭载后的种子，现在还有很多只是在仓库里存着。
美国犹他州大学作物生理学家布鲁斯·巴戈比(Bruce Bugbee)，致力于为NASA研究未来空间农业的可行性问题，在参观了刘录祥的实验室之后，他认为，在地球上很难复制一些来自宇宙的辐射。美国与俄罗斯相似的实验都未能产生出变异的种子，而且，必须非常精准地控制实验才有可能成功。
路易斯安那州大学育种专家柯恩(Marc Cohn)表示，太空试验对种子发展研究提供的特性只是看种子在完全无重力下的反应。
国际粮农组织目前倡导的是地面核辐射育种技术，即利用各种射线(如X射线、中子等)照射农作物的种子、植株或某些器官和组织，促使它们产生各种变异，再从中选择需要的可遗传优良变异，培育成新的优良品种。目前国际上已经通过这项技术培育出3000多个品种，美国有200多个品种，俄罗斯更多。
该领域的国外专家在与刘录祥交流时常告诉他，太空育种随机性太大，效率太低，且机会有限。
但刘录祥仍为自己的实验辩护称，化合辐射和微重力的结合作用，可能会比单受辐射影响产生更多的突变。他乐观地预测这项努力可能会带来新的商业化高产番茄、青椒作物。同时，他表示，传统育种培育出一个新品种至少要经过八代的培育才能稳定下来，太空育种可以把过程缩短一半，需要四代以上。不过，刘录祥亦承认，太空育种的优势目前也“仅此而已”。
但是，这项优势“仅此而已”的项目却花费不菲。
“十一五”期间，“863”计划中航天技术经费为2400多万元，太空育种斩获其中900多万元支持；2006年国家科技支撑计划启动“航天工程专项”，太空育种从中再获近800万元经费。
从中可见，太空育种已成为中国航天工程中一个重要项目。由于经费导向，继中国农业科学院，近年来中国热带农业科学院、华南农业大学、山东省农科院等陆续成立了航天育种研究中心。
目前，全国已有220多个研究团队投身其中，也从不同渠道获得了使自家种子搭载升空的机会。而每克种子搭载进入太空，每次也需要500元－1000元。
据刘录祥透露，“十二五”期间，太空育种将会得到更大的支持，一个与其相关的“863”计划即将启动。
太空育种的概念，以及国家计划的导向，也间接催生出了一个号称“太空产品”的市场。中国科学院遗传与发育所研究员刘敏说，“卫星搭载的(太空育种)商业色彩很浓，任何单位只要肯出钱都可以搭载，那些搭载的单位就拿这个做广告，卖太空产品，事实上很多单位都没有进行后续研究的实力，炒作的成分居多。”
刘录祥就时常收到各种各样的传真和电话，声称可以帮助他将种子送上待发射的卫星或飞船。“目前，中国的航天搭载市场很无序，甚至还有打着中国航天科技集团太空搭载旗号造假的公司。”刘录祥说。
空间种子基因突变的概率极小，且育种也是一个复杂而又漫长的过程，以刘录祥所在的中国农业科学院航天育种研究中心为例，其已经做试验近20年，培育的新品种也只有十几种，通过国家级验收的只有几种。
“可现在有人到处宣传说几年就搞出了多少新品种，很多是骗人的。”刘录祥说。
作者为科学媒体记者
蔡婷贻、唐凤对此文亦有贡献
