原創(chuàng) 趙輝 我是科學(xué)家iScientist 收錄于話題#我是科學(xué)家 · 演講合集95個

現(xiàn)在人們會講火星移民或者外太行星的移民生活，包括我們還正在建設(shè)月球基地。而我們正在使得植物能夠在空間環(huán)境中，生長發(fā)育、獲得收獲。這是我們?yōu)槿祟愡M入外太空，為這項研究做的一個基礎(chǔ)性的準(zhǔn)備。

我們讓10株番茄苗隨著神舟八號上天，17天后它們回到地面，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)：第一，10只管子里的番茄苗都是活的；第二，這8個番茄苗都已經(jīng)開了花結(jié)了果，而且有的已經(jīng)轉(zhuǎn)紅，接近成熟了。它的對照組，同時期生長于地面的番茄苗，生長狀態(tài)還不如它。

2020年8月22日，“我是科學(xué)家”第24期演講現(xiàn)場，航天育種產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟秘書長、中國空間技術(shù)研究院原航天生物總工程師趙輝帶來演講：《航天育種不是大南瓜》。

趙輝演講視頻：

以下為趙輝演講實錄：

大家好，我是趙輝，從事航天育種的工作。

說起航天育種，很多人都會自然地聯(lián)想到大南瓜。因為在很多類似的園子里，還有展會上，都會把一個大南瓜放在中間給大家看。其實大南瓜它原本就那么大，不是航天育種把它搞大的。世上有一種南瓜品種，它就叫“大南瓜”。

它有多大呢？

國際上有很多類型的大南瓜種植比賽，有的比賽已經(jīng)持續(xù)進行了近50年。2019年，最大的一顆南瓜是美國人種出來的，單個南瓜重達1141公斤。還有比它更大的，2016年的時候，一個比利時農(nóng)民種出了一個1190公斤的南瓜。

但是，確實有大南瓜的種子上過天。上過天的南瓜種子回到地面以后，也確實有專家用它進行雜交和選育，培育出了新的品種。但如果我們把大南瓜的大的因果關(guān)系，直接關(guān)聯(lián)到航天育種上，還是不太科學(xué)。

那么就說到什么是航天育種了。

航天育種是借助返回式衛(wèi)星、飛船這類航天器，搭載植物種子和種苗，還有其他一些生物材料進入到外太空，并利用輻射、微重力等各種外太空環(huán)境因素的復(fù)合作用，使這些植物種子和種苗等生物材料產(chǎn)生突變。

這些突變的材料回到地面以后，不同專業(yè)領(lǐng)域的科學(xué)家會利用它們進行科學(xué)研究。這里至少涉及到空間誘變機理的研究，還有生命科學(xué)、生物學(xué)、植物科學(xué)、材料科學(xué)和生物醫(yī)藥等等領(lǐng)域。

其中農(nóng)業(yè)科學(xué)家和育種專家會用這些材料，去發(fā)現(xiàn)和獲得有益的突變體。再用它去做農(nóng)作物的新品種、新種子、新品系的創(chuàng)制，去創(chuàng)制新的種質(zhì)資源，豐富和積累育種材料。航天育種的品種運用在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中，可以獲得高產(chǎn)，增強抗性和早熟等等優(yōu)異的農(nóng)業(yè)性狀。

有些種子上了天，還會回到地面，用作農(nóng)業(yè)育種和林木等很多的領(lǐng)域。但也有些種子上了天，它是不回來的。

在前幾年有一部電影叫《火星救援》，講的是宇航員馬克和他的團隊失聯(lián)后，被困在了火星上，想辦法返回地球的故事。其中有一個橋段，就是他在火星上營造了一個小的環(huán)境去種土豆，以此來獲得食物來源，然后等待自己的伙伴來救他。

現(xiàn)在，這種在太空環(huán)境下種植作物、獲得食物的方法和技術(shù)已經(jīng)比較成熟了。

實際上，我們?nèi)祟愒谶M行宇宙空間探索活動的同時，植物就跟隨著航天技術(shù)的發(fā)展，進入到了這項技術(shù)當(dāng)中。

航天技術(shù)未來的發(fā)展，是在探索新的超級地球生存空間、開展深空探測。但研究和建設(shè)地外的人的生存系統(tǒng)，在受控生態(tài)系統(tǒng)的建設(shè)當(dāng)中，植物是必不可少的參與的主要對象——通過植物的光合作用、呼吸作用，我們?nèi)カ@得氧氣、水分和食物來源。

現(xiàn)在人們會講火星移民或者外太行星的移民生活，包括我們還在建設(shè)月球基地。而我們正在使得植物能夠在空間環(huán)境中，生長發(fā)育、獲得收獲。這是我們?yōu)槿祟愡M入外太空，為這項研究做的基礎(chǔ)性的準(zhǔn)備。

生物材料就是植物的種子進到外太空、再回來。為什么會有這些變化？主要是空間環(huán)境因素對它起的作用。

最主要的是輻射和微重力。

外太空的輻射和地面的輻射，其實不太一樣。在地面，從1928年開始，人們就已經(jīng)掌握了用輻射技術(shù)去搞農(nóng)業(yè)育種的技術(shù)，到現(xiàn)在已經(jīng)有90多年了。但是在地面用輻射育種這個方式，輻射劑量比較難掌握——劑量小了，很難獲得有益的突變體；劑量大了，致死率又很高。

但是在外太空的輻射，使用中國航天搭載和空間實驗的這個方法，我們得到的結(jié)果是什么？

成活率很高，獲得的有益突變也非常多。特別重要和難得的是，輻射和空間微重力共同對生物體產(chǎn)生影響。通過現(xiàn)在科學(xué)家們的研究，這是讓它產(chǎn)生這些有益變異體的一個很重要的原因。

很多空間的環(huán)境在地面其實是可以建立和模擬的，比方空間的高真空、超潔凈、大溫差。但是還有一些空間因素在地面難以模擬和實現(xiàn)，比方說輻射，因為輻射的條件差異很大。再比方說微重力，由于地球重力的影響，在地面上就無法實現(xiàn)一個微重力環(huán)境的再現(xiàn)。

我們在空間搭載生物材料的方式多種多樣，有作物種子的搭載，有活體的苗和愈傷組織的搭載，還有各種微生物的搭載。

這些搭載的方式是怎么產(chǎn)生的？

實際上在每一次航天發(fā)射當(dāng)中，各個學(xué)科的科學(xué)家都想方設(shè)法地想捎帶一些材料參與到空間科學(xué)實驗中。但是很珍貴一個空間資源就是載荷重量。

載荷重量怎么來？

航天人也想了一個辦法——每次航天發(fā)射對火箭發(fā)射的衛(wèi)星飛船，都有很嚴(yán)格的質(zhì)心的約束條件和限制。為了保證衛(wèi)星的質(zhì)心的要求，以前是通過配重去調(diào)整和穩(wěn)定的。而航天人就用生物實驗的各種實驗材料去替代下一部分配重塊。這就為這些科學(xué)家開展空間科學(xué)的研究提供了條件和創(chuàng)造了條件，我們的搭載其實也由此而開始。

除了搭載生物材料送到天上去，回來做這個研究以外，我們也直接在空間站開展了很多的實驗，都獲得了一些成功。

在這里面給大家講一個具體的實驗例子。

我們曾經(jīng)在神舟八號飛船上做過一個番茄試管苗在空間環(huán)境下開花結(jié)實的實驗。這個實驗主要是揭示高等植物在空間環(huán)境下生長發(fā)育的規(guī)律、機制。

神舟八號飛船當(dāng)時設(shè)計的飛行時間是17天。17天，其實很難實現(xiàn)一粒種子從萌發(fā)、生長到開花、結(jié)實、坐果的全過程。

我們怎么去設(shè)計這個實驗?zāi)兀?/p>

我們把番茄苗在地面培育到它帶著花蕾但還沒有開花的階段，然后把它們裝在試管瓶子里面，然后捆扎。我們飛船的技術(shù)人員給它裝在返回艙里面，然后升空。

17天以后，它們回到地面上，我們驚奇地發(fā)現(xiàn)：第一，10只管子里的番茄苗都是活的；第二，這8個番茄苗都已經(jīng)開了花結(jié)了果，而且有的已經(jīng)轉(zhuǎn)紅，接近成熟了。它的對照組，同時期生長于地面的番茄苗，生長狀態(tài)還不如它。

在當(dāng)時，國際上還是第一例做出這樣的實驗。

我們還在天宮二號的空間實驗室里面做了擬南芥和水稻種子全生命周期的生長實驗，也獲得了成功。

很多的搭載材料，拿到地面來，主要是用于解決我們農(nóng)業(yè)生產(chǎn)希冀解決的問題。我們在主糧作物如水稻、小麥、玉米、大豆，和幾乎所有的蔬菜和經(jīng)濟作物上面，都進行了用空間誘變的材料進行選育實驗，取得了很好的效果。

再給大家講一個故事。

大家都知道，牛吃的是草，擠出的是奶。但是要想它牛奶的品質(zhì)高，蛋白質(zhì)含量高，它一定要吃高蛋白質(zhì)含量的草。

我們國家本土的主要牧草品種之一叫紫花苜蓿。但我們的紫花苜蓿，蛋白質(zhì)含量比較低，所以牛吃了它，奶就不是那么很好。

我們通過大概6個批次的搭載實驗，獲得了很多的實驗材料。然后由中國農(nóng)科院的專家們，專門來做了牧草的航天育種的實驗研究，最后獲得了很多的變異。從照片上看到，它從三葉變成了五葉，甚至有七葉。

葉片的增加有什么效果？

在單位面積當(dāng)中，種植紫花苜蓿的植株數(shù)量是一樣的。但是一棵植株，如果葉子長得多了，一個是產(chǎn)量增加了；再一個紫花苜蓿蛋白的有效成分都是在葉子上，所以它的有效成分也獲得了提高。通過培育這個品種，我們現(xiàn)在就使它獲得了比以往傳統(tǒng)品種更多的產(chǎn)量，它的蛋白質(zhì)含量也提高了很多。

這個品種在2018年經(jīng)過了國家的審定，已經(jīng)在主要的牧草產(chǎn)區(qū)進行了大面積的推廣。從這個故事來講，我們可能使奶品質(zhì)的提高有了一個基礎(chǔ)的保障。

還有一個故事，講的是蓮子。

蓮子，是江西廣昌是一個白蓮的主要的種植產(chǎn)區(qū)。我們1984年、2002年、2006年，三次用返回式衛(wèi)星進行了蓮子的搭載實驗，到地面去選育。目前航天育種的太空蓮產(chǎn)品在主產(chǎn)區(qū)已經(jīng)大面積的推廣，給當(dāng)?shù)貛砗芎玫慕?jīng)濟收益。

此外，在很多的林木花卉上，航天技術(shù)也有很好的應(yīng)用。

特別好玩特別驚喜的事，就是給花卉做空間誘變。

因為它不像農(nóng)作物這種吃的東西，還要做很多其他方方面面的研究、測試和實驗?；ɑ苌咸煲院?，只要它一變，就是一個新品種，就是一個好東西。它有可能花色變了，有可能花型變了，也可能花期變長了，所以我們現(xiàn)在經(jīng)歷過空間誘變育種的花卉品種有很多。

現(xiàn)在，航天育種在主糧作物、蔬菜、林木和各種水生動物、微生物方面都有很多很多的應(yīng)用。我們很多的食用菌、甚至很多釀酒的酒曲都通過搭載，獲得了很多效價很高的生物菌種。

說到這么多的應(yīng)用，實際上我們航天有的農(nóng)產(chǎn)品已經(jīng)走進了超市，端上了餐桌，圍繞在我們生活的周圍。

經(jīng)過空間誘變、航天育種的產(chǎn)品安不安全？

這個回答是肯定的。

航天育種它是自身的一種物理誘變，所以它的安全性是確定的。從1928年人類采用輻射育種技術(shù)培育新品種以來，目前全世界登記的、用這種技術(shù)育成的農(nóng)作物新品種已經(jīng)達到了3200多個。

在這期間,從來沒有發(fā)生過由于航天育種產(chǎn)品或者輻射誘變育種的產(chǎn)品，導(dǎo)致食用的安全性出問題，或者對環(huán)境不友好的案例。這些新品種也從來沒有受到聯(lián)合國衛(wèi)生組織和環(huán)保組織的質(zhì)疑。所以，我們可以放心地食用航天育種的產(chǎn)品

說到我從事這項工作，是從做搭載開始的。

1985年的4月，有一位美國華裔的宇航員叫王贛駿，他在參加挑戰(zhàn)者號第17次飛行的時候，帶了一面中國的國旗進入太空。1985年的7月，他到中國來訪問，把他帶到太空的這面國旗送給了我們。

當(dāng)然我們看到這個新聞的時候，對王贛駿博士充滿了敬佩和感謝。但是我和航天五院的一些伙伴們在說起這件事的時候，心里多少有點小小的不忿——我們自己已經(jīng)具備了進入太空的能力，我們自己的衛(wèi)星也正在太空遨游，怎么就不能用我們的衛(wèi)星，去搭載一面我們的國旗上天呢？

我們還想，要搞就搞一個大的。

我們當(dāng)時就一起策劃和實施了把天安門廣場國旗放到我們的衛(wèi)星里面發(fā)射升空，回到地面以后，在天安門廣場再把它升起來這個事兒。

我們是在1996年10月20號，把天安門廣場的國旗裝進了第17顆返回式衛(wèi)星，那是一顆國土普查衛(wèi)星。11月4號，返回艙回到地面。1997年的1月1號，這面國旗在天安門廣場升起。后來，這面國旗被國家博物館給收藏了。

也就是從那個時候，我開始做航天搭載的工作，后來進而又開始做航天育種的工作，一直做到現(xiàn)在。

探索茫茫的宇宙和浩瀚的太空，是我們?nèi)祟愐环N不懈的追求和夢想。航天技術(shù)的發(fā)展，為我們深空探測和各種活動提供了條件和機會。在這其中，航天育種一直參與著航天事業(yè)的發(fā)展。它也為我們?nèi)祟惖拿篮蒙?，做出?yīng)有的貢獻。

非常感謝大家。

演講嘉賓趙輝：《在火星上種土豆，對我們來說這一點也不稀奇》 | 攝影：VPhoto

作者：趙輝

監(jiān)制：吳歐

策劃：麥芽楊

編輯：李霄 徐子婧

排版：雷昱兒

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原標(biāo)題：《在火星上種土豆，對我們來說這一點也不稀奇 | 趙輝》

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