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太空育種和轉(zhuǎn)基因技術(shù)是一回事兒嗎?

來源:光明網(wǎng) 作者:趙清建 2020年08月07日 12:02

  近日,我國成功發(fā)射首次火星探測任務(wù)“天問一號”探測器,開啟火星探測之旅,邁出我國行星探測第一步,火星探測也成為網(wǎng)絡(luò)熱詞,備受關(guān)注。

  上一次火星“大火”還是科幻電影《火星救援》熱播的時候。劇中,宇航員馬克孤立被留在火星上。飛船損毀,補(bǔ)給不足,孤立無援,為了能在這個荒涼的紅色星球上活下來,馬克以糞便為肥料,種起了土豆,彌補(bǔ)供給不足,等待奇跡的到來。

  很多網(wǎng)友會好奇,為什么飛船中會備有土豆?其實,這些土豆本來的作用是實驗材料,攜帶土豆進(jìn)入太空是為了進(jìn)行“太空育種”實驗。那么,什么是太空育種呢?

  什么是太空育種?

  太空育種即航天育種,也稱空間誘變育種,是航天技術(shù)與生物育種技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。聽起來似乎種子只要上天轉(zhuǎn)一圈回來,植物就一定能長得特別大、營養(yǎng)特別豐富。其實事情可沒那么簡單。

  有人說,太空種子就是把普通種子送往太空,使其在太空中的獨特環(huán)境下進(jìn)行變異的育種。其實,太空種子這個稱呼并不“簡單”,它有著嚴(yán)格的定義。

  首先要進(jìn)行種子篩選,這是太空育種的第一步,帶上太空的種子必須遺傳性穩(wěn)定、綜合性狀好;然后用返回式航天器將種子帶上太空進(jìn)行誘變,返回地面后,再進(jìn)行選育、培植出植物的新種質(zhì)、新材料、新品種;最后進(jìn)行地下攻堅,先將它們統(tǒng)統(tǒng)播種下去,然后將選出的種子再播種、篩選,讓它們自交繁殖,如此繁育至少四代后,才有可能獲得遺傳性狀穩(wěn)定的優(yōu)良突變系。

  這樣,每次經(jīng)歷太空遨游過的種子,都要經(jīng)過連續(xù)四季以上的篩選鑒定,其中的優(yōu)系再經(jīng)過考驗和農(nóng)作物品種審定委員會的審定,才能稱其為真正的“太空種子”。

  誘變表現(xiàn)得十分隨機(jī),在一定程度上是不可預(yù)見的。太空育種并不是每顆種子都會發(fā)生基因誘變,其誘變率一般為百分之幾甚至千分之幾,而有益的基因變異僅是千分之三左右。也就是說,即便是同樣的種子,搭載同一顆衛(wèi)星,其誘變結(jié)果也可能有所不同。

  航天育種是一個育種研究過程,種子搭載只是走完萬里長征一小步,不是一上去就“變大”,整個研究最繁重和最重要的工作是在后續(xù)的地面上完成的。

  太空育種和轉(zhuǎn)基因一樣嗎?

  有人會疑惑,太空育種是不是和轉(zhuǎn)基因育種一樣?其實,這兩種是不同的,太空育種是自身基因的變異,沒有打破物種界限。而轉(zhuǎn)基因是指將一個外來基因移植到另一個作物當(dāng)中。

  我們先來看看太空育種的原理。在空間環(huán)境中的高能粒子輻射、微重力、高真空等綜合因素協(xié)同作用下,植物種子的DNA被雙鏈擊穿,產(chǎn)生斷裂并重新排序,而地面的誘變技術(shù)只能讓DNA被單鏈擊穿,因此,太空育種變異率更高。以水稻為例,它的自然變異率在二十萬分之一左右,化學(xué)誘變的變異率也只有千分之幾,而經(jīng)空間誘變的水稻變異率可達(dá)百分之幾。

  可以看出,特殊的空間環(huán)境使得太空育種與傳統(tǒng)地面誘變育種相比,具有變異率高、變異幅度大、有益變異多、穩(wěn)定性能強(qiáng)等特點,因而能夠培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟、多抗良種。此外,太空育種不但能出現(xiàn)一些如產(chǎn)量、株高、生育期、品質(zhì)、抗病性等常規(guī)誘變育種的變異,還能出現(xiàn)一些其他理化因素處理較少出現(xiàn)的特殊變異類型,如果實早熟、大果型變異,花卉花形變異、花色變異等。

  空間誘變植物一般在第四代后狀態(tài)便達(dá)到穩(wěn)定,少數(shù)植物在第三代就可穩(wěn)定。比常規(guī)育種的第六代穩(wěn)定提前兩代,對縮短育種周期極為有利,可以節(jié)約許多人力物力。

  但是,一山更比一山高。相比太空育種,轉(zhuǎn)基因育種技術(shù)可以更加精準(zhǔn)、高效。轉(zhuǎn)基因育種的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)跨物種的基因發(fā)掘,拓寬遺傳資源的利用范圍,實現(xiàn)已知功能基因的定向高效轉(zhuǎn)移,使生物獲得人類需要的特定性狀,為高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高抗農(nóng)業(yè)生物新品種培育提供了新的技術(shù)途徑。

  轉(zhuǎn)基因育種是基于對基因進(jìn)行精確定向操作的育種方法,效率更高,針對性更強(qiáng)。例如,抗蟲棉花就是將蘇云金芽孢桿菌中的殺蟲蛋白基因轉(zhuǎn)移到棉花中,從而能夠?qū)R恍砸种泼掴徬x發(fā)生,減少棉鈴蟲危害,減少農(nóng)藥使用,實現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)、提質(zhì)增效;抗除草劑作物就是將抗除草劑草甘膦的基因轉(zhuǎn)入農(nóng)作物,從而在使用除草劑(草甘膦)除草時就能夠做到只除草而不危及作物,既增加了種植密度,有效去除雜草,又能降低勞動強(qiáng)度和除草成本,從而能夠提高種植效益。

  哪種農(nóng)產(chǎn)品更安全?

  不管是傳統(tǒng)育種、太空育種還是轉(zhuǎn)基因育種,公眾最關(guān)心的問題莫過于農(nóng)產(chǎn)品是否安全。

  我們知道,在自然環(huán)境中,植物種子實際上也在發(fā)生變異,只是變異過程極其緩慢,變異頻率很低。而人類早期的植物育種方法大都是對自然變異的選擇和利用,并被證明是安全可行的。太空育種是利用空間環(huán)境條件加速生物體的變異過程,這與自然變異在本質(zhì)上是沒有區(qū)別的。

  此外,太空遨游歸來的當(dāng)代種子還要經(jīng)過幾代的田間選育、分子監(jiān)測,推廣之前還需通過諸多監(jiān)測。目前,人們對航天育種的認(rèn)可率在逐步提高,很多農(nóng)戶會主動去找航天育種的種子。

  相比之下,公眾對于轉(zhuǎn)基因農(nóng)產(chǎn)品有更多憂慮,其實大可不必,因為轉(zhuǎn)基因食品的安全性是有權(quán)威結(jié)論的,即通過安全評價、獲得安全證書的轉(zhuǎn)基因生物及其產(chǎn)品都是安全的。轉(zhuǎn)基因食品上市前要通過嚴(yán)格的安全評價和審批程序,而一般食品根本不進(jìn)行安全評價。國際食品法典委員會制定的一系列轉(zhuǎn)基因食品安全評價指南,是全球公認(rèn)的食品安全評價準(zhǔn)則。各國安全評價的模式和程序雖然不盡相同,但總的評價原則和技術(shù)方法都是按照國際食品法典委員會的標(biāo)準(zhǔn)制定的。公眾擔(dān)心的毒性問題、過敏問題還有營養(yǎng)成分的問題,都會通過安全評價逐一排除任何潛在風(fēng)險。

  國際組織、發(fā)達(dá)國家和我國開展了大量的科學(xué)研究,均認(rèn)為上市的轉(zhuǎn)基因食品與傳統(tǒng)食品同樣安全。世界衛(wèi)生組織認(rèn)為,“目前尚未顯示轉(zhuǎn)基因食品批準(zhǔn)國的廣大民眾食用轉(zhuǎn)基因食品后對人體健康產(chǎn)生了任何影響”。經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織聯(lián)合世界衛(wèi)生組織、聯(lián)合國糧農(nóng)組織,在廣泛充分研討后得出“目前上市的所有轉(zhuǎn)基因食品都是安全的”的結(jié)論。歐盟委員會歷時25年,組織500多個獨立科學(xué)團(tuán)體參與的130多個科研項目得出的結(jié)論是,“生物技術(shù),特別是轉(zhuǎn)基因技術(shù),并不比傳統(tǒng)育種技術(shù)危險?!眹H科學(xué)理事會認(rèn)為,“現(xiàn)有的轉(zhuǎn)基因作物以及由其制成的食品,已被判定可以安全食用,所使用的檢測方法被認(rèn)為是合理適當(dāng)?shù)??!庇始裔t(yī)學(xué)會、美國國家科學(xué)院、巴西科學(xué)院、中國科學(xué)院、印度國家科學(xué)院、墨西哥科學(xué)院和第三世界科學(xué)院聯(lián)合出版《轉(zhuǎn)基因植物與世界農(nóng)業(yè)》,認(rèn)為“可以利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)生產(chǎn)食品,這些食品更有營養(yǎng)、儲存更穩(wěn)定,而且原則上更能夠促進(jìn)健康,給工業(yè)化和發(fā)展中國家的消費者帶來惠益。”

  我們相信,隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步,會有更多高效、安全的育種方法用于農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn),保障全球糧食安全。

(責(zé)編:鄢妮)