3月29日,在德州乐陵许家村的一个大棚里,一万株绿油油的马铃薯“实生苗”已经长至10厘米高,这些苗子来自国家马铃薯工程技术研究中心,而它们的“原身”——实生籽去年底刚刚回到地球上。
去年12月4日,2万粒马铃薯实生籽搭乘神舟十四号飞船,完成了历时182天的“太空旅程”返回地球。经过催芽育苗,这批实生籽迎来了首个种植季,许家村大棚里的一万株马铃薯“实生苗”,就是山东省首次开展马铃薯“航天育种”的见证。2万粒马铃薯实生籽为啥要飞上太空?难道仅仅是躺在航空舱里去太空“旅游”一趟这么简单?这些实生籽从太空回来后,要多久才能变成农民手中的种子,又要多久才能端上百姓餐桌呢?
记者 都亚男 王建伟 马志勇
孙文丽 李梦晴 徐宁 李庆都
一颗“太空土豆种子”是如何炼成的
上过天就是“太空种子”吗?
首先,我们要知道,2万粒马铃薯实生籽是一个什么概念。
在位于德州乐陵市的国家马铃薯工程技术研究中心大厅里,记者见到了大小宛如芝麻粒的实生籽,通体呈现黄褐色。希森马铃薯产业集团行政总监李化明回忆说,刚收到它们时,这2万粒马铃薯实生籽,“一个文件袋就能装过来”。
在普通人的认知中,马铃薯不是通过实生籽种植,而是通过块茎种植的。那么,为什么不带马铃薯块茎“上天”,而是要带实生籽“上天”呢?
这里就涉及生物学知识。通常情况下,马铃薯通过块茎进行无性繁殖,而实生籽是父本和母本杂交后产生的果实,是有性繁殖,也是常规育种的重要手段。
父母本的选择,是杂交育种的重要环节,由于遗传的多样性和基因的选择性表达,通过一代代筛选,从而培育出综合性状优良的新品种。
那么,什么样的马铃薯实生籽才能有幸被选中,搭上神舟十四号飞船“遨游”太空呢?
“一是根据平常大田筛选的经验,后代出现优良性状概率大的优先挑选；二是根据父母本的性状；三是挑选一些特用型组合,比如彩色、高淀粉、耐盐碱等。”国家马铃薯工程技术研究中心病毒检测实验室主任孙莎莎解释道,“在自有的2800余份马铃薯种质资源中,优选了20个优良组合的2万粒马铃薯实生籽,分成了特用型、高产、耐盐碱三大类。”
值得注意的是,并不是登上太空以后,这些马铃薯实生籽就可以被称为“太空种子”。
“我们大约是在一月中上旬拿到了神舟十四号返回的实生籽,二月份进行了催芽,催芽一周后,开始为期20天至一个月的育苗,三月初开始移栽至大棚,后期经过一系列管理,预计在五月下旬或六月初将收获微型薯。”国家马铃薯工程技术研究中心航天育种项目负责人王珍珍告诉记者,“因为马铃薯有三个月的休眠期,所以今年收获的微型薯,只能等到明年四月底或五月上旬,带至内蒙古大田进行播种,然后再进行下一步的鉴定评价。”
也就是说,想被称为“品种”,作为“太空游客”的马铃薯实生籽走到这一步,实际上只是“万里长征第一步”。
王珍珍介绍:“等到明年九月中上旬单株收获时,我们需要一株一株进行评价,把薯块和秧子对应起来,观察性状,以此作为一个评判标准。”
此外,熟期、产量也是选育的一个重要标准。
接下来,将符合选择标准的微型薯收集起来,第三年进行切块种植,以此作为C代,往后每年为C1、C2、C3、C4,不断将性状优良的组合继续选育,如果C4表现依然良好,就会进行下一步的区域实验。
“因为每个地方气候不一样,需要进行区域实验,来检测该组合在特定区域是否表现良好、是否符合当地农民需求。如果顺利通过区域实验,我们就会进行品种登记、品种保护,然后进行推广,之后农民就可以拿到这个种子了。”王珍珍说。
马铃薯育种为何要“上天入地”
显然,从登上太空,再到农民手里,这批实生籽要经历“九九八十一难”,才有资格真正成为一个名副其实的“太空种子”。
那么,马铃薯选育,为什么要将实生籽送上太空?它们仅仅是躺在航空舱里去太空“旅游”一趟这么简单吗?
这首先要从马铃薯选育的时间历程说起。
“对于农民来说,马铃薯的传统杂交育种周期非常长,需要七八年时间才能培育成一个稳定的品种。但在太空里,由于高辐射、微重力、大温差等特有因素,会加剧马铃薯实验材料的染色体DNA操作,干扰DNA修复系统的正常运转,从而使实验材料的遗传物质发生变异,有可能发现我们所期待的性状,比如早熟、淀粉含量高、耐盐碱或抗病毒更强。”孙莎莎解释道。
航天育种与传统育种相比,最大优势在于变异率高、育种周期短,有可能在相对较短的时间内,培育出高产、早熟、抗病等性状优良的种质资源。
孙莎莎指出,“太空育种可以大大缩短育种年限,在一定程度上丰富马铃薯基因资源库,提高育种水平。”
马铃薯是高度杂合的杂交种,遗传背景比较复杂,优良基因的聚合比较困难,这一特征,使马铃薯品种改良存在很大难度。
在这样的背景下,作为航天育种项目的负责人,王珍珍表示,团队其实很早就有把马铃薯送上太空的想法,“我们一直在找一个突破口,寻找快速育种的方法”。于是,经过一番努力,来自国家马铃薯工程技术研究中心的2万粒马铃薯实生籽,成功登上神舟十四号飞船,带来了山东马铃薯快速育种的新希望。
2011年,山东即墨培育的太空椒实现了单只1斤重、亩产超8000斤的成绩。此外,据公开报道,2013年神舟十号飞船上搭载的“阜麦8号”小麦种子,2021-2023年种植面积超过50万亩、亩均产量达到800公斤以上。
王珍珍对于马铃薯航天育种的期待与信心,正是来源于这些“天外飞客”已经取得的傲人成绩。
不过,“航天育种更像是‘开盲盒’,由于基因突变具有不定向性,并非所有实生籽都会发生有益突变,经过多年的大田鉴定评价,综合性状优良的才会被留下。”王珍珍指出,为保证实验的严谨性和结果的准确性,今年只催芽了1万粒实生籽,另外1万粒留待后续实验计划使用。
永不止步,“解锁”马铃薯育种新路径
除了正在做的航天育种,国家马铃薯工程技术研究中心还在探索快速育种的道路上不断前行。
“如今我们正在进行钴60辐射诱变、紫外线照射诱变的实验,今年已经是两项实验的第三年,目前已经取得一定进展,例如通过钴60辐射后,有的同时长出了两种颜色的马铃薯。”孙莎莎向记者展示了当时收获的照片,照片中,一株马铃薯植株上,长出两个分别为玫红色、黄色的马铃薯。
国家马铃薯工程技术研究中心对于航天育种的追求显然不仅于此。王珍珍表示,“目前我们已准备材料,正在申请2023年度神舟系列航天搭载太空育种实验项目。”
对于太空育种,国家马铃薯工程技术研究中心主任胡柏耿心中早已绘就蓝图。
胡柏耿表示,“由于载人航天的实现,下一步,航天育种可能会离老百姓越来越近。而且,此前其他登上太空的农作物,已经带来一些可喜变化,马铃薯航天育种目前开展不算多,我们的目标,是通过这一辅助育种手段,对原先的常规育种进行有效补充,使马铃薯品种综合性状越来越好,新品种越来越完美。”
胡柏耿补充道,“我们已经育成33个品种,后续还有十多个品种正准备登记,目前我们的育种方向,主要定位于早熟型、加工型、耐盐碱型等,都是针对生产实际中亟待解决的品种需求问题。”
值得一提的是,2017年,国家马铃薯工程技术研究中心所依托的希森集团,承担了山东省良种工程——马铃薯耐盐碱育种项目,2022年已筛选出6个耐中度盐碱的马铃薯新品系,目前希森集团研究出的耐中度盐碱马铃薯新品系,单季亩产达3吨,而此次飞上太空的20个组合里,就有两个属于耐盐碱类别。
胡柏耿表示,“通过航天搭载的手段,可以辅助常规杂交育种,但突变的方向是不确定的,我们希望能产生一些好的变异,比如已经耐中度盐碱的品种,希望通过太空育种,使这种耐盐碱特性更加突出。”
