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和嫦娥五号上天的水稻种子发芽了 具体怎么回事

2020年12月17日,嫦娥五号完成历时23天、行程超百万公里的地月往返征程,成功返回地球。在这场探月之旅中,嫦娥五号搭载着一位特殊“乘客”,它就是华南农业大学国家植物航天育种工程技术研究中心(下称“研究中心”)提供的水稻材料。

据了解,作为航天育种产业创新联盟的发起单位,研究中心拟通过水稻材料的深空搭载诱变育种实验,丰富我国种子遗传资源,推动解决农业种源“卡脖子”问题。12月28日,记者来到华农,见到了“新鲜出炉”的水稻材料,并了解它此次旅行的背后故事。

和嫦娥五号上天的水稻种子发芽了-摄图网

全球唯一的绕月深空诱变研究服务水稻品种选育

本次嫦娥五号空间搭载试验,是继2020年4月新一代载人飞船空间搭载试验后,华农参与的又一次空间科学重要科研活动。在完成月球探测、采集2千克月壤样本的探月工程三期收官战的同时,嫦娥五号也在深空开展了深空诱变育种研究。

研究中心主任陈志强指出,此次搭载是全世界独一无二的绕月深空诱变研究,实现了水稻种子深空搭载的首次突破。“种子在搭乘过程中经历的微重力、太阳黑子爆发等特殊环境,会对其基因变异造成影响,这是极难得的。我们将利用这次机会,进行全方位、全链条的研究,创造原创性的新课题。同时,发掘一批很好的突变基因和突变体,在此基础上培育一批优质新品种,为种子安全、粮食安全提供支撑。”

嫦娥五号搭载种子萌发

据了解,研究中心是我国航天育种领域重要的国家级科研创新平台,自1996年以来先后进行了24次植物空间诱变试验。在新一代载人飞船空间飞行任务中,华农组织广东、广西、福建、四川等地的优势科研院所,精心遴选了水稻、甜玉米、南药、微生物等31份材料参加搭载试验。

嫦娥五号地月往返过程中,将经历完全不同的宇宙高能辐射、微重力、交变磁场等空间环境因素,可能对实验材料的变异率和变异幅度带来重大影响,从而为科研工作者深入研究深空环境变异规律提供重要的实验样本和数据。

科研人员在调查嫦娥五号搭载种子发芽情况

研究中心副主任郭涛介绍,本次嫦娥五号共携带了40克水稻种子进入月球轨道,返回地面后,这些种子将在研究中心的基地进行种植。郭涛表示,这些种子内含4万个基因,基因经过深空环境发生改变后,可以通过对其定向跟踪,从而发现可利用的优良基因。“在地面上,研究人员借助射线、重离子等辐射,或模拟微空下的微重力环境来进行种子诱变。相比之下,深空环境极为独特,预期将产生更强烈的遗传效应。”

据介绍,研究中心将借由水稻种子深入了解模式生物响应深空环境的分子及遗传机制,为探索生命起源、物种进化和宇航生物安全提供理论支撑。此外,将获取一批具有重要价值的优良新基因,并形成完善的关键基因利用技术体系,服务于水稻品种选育。

全面提升水稻产量与口感助力粮食安全建设

近年来,华农航天育种研究团队利用空间诱变及现代生物学技术,已先后培育出57个水稻新品种并通过各级品种审定,创造了显著的社会经济效益。针对市场需求,团队在特优质、高抗病、轻简化品种选育方面取得新突破。近期育成的多个品种米质均达国标优质一级、高抗病虫害,在香型丝苗品种培育方面也取得系列进展,所选育的“华航聚香”系列品系在生产上表现突出。

保障粮食安全意义重大。据专家统计,2020年我国稻谷总产目标是2.2亿吨,到2030年将上升至2.7亿吨,在产量提升10%的基础上才能确保中国稻谷口粮安全。郭涛提到,华农研发出的华航31号水稻就是经诱变而来的常规稻,2015年被农业部认定为超级稻品种。相比诱变前对照而言,产量提升了近20%。目前,华航31号已经是广东省农业主导品种,并于2016年获广东省农业技术推广奖一等奖。

郭涛告诉记者,与传统育种手段比较,“深空的空间环境作用使得水稻的DNA发生变化、突变频率也得到显著提升。”郭涛表示,实践表明,空间环境可以促使水稻的产量、品质、适应性等性状发生改变。目前,研究中心已拥有4个农业部认定的超级稻品种,最高亩产超过720公斤。

陈志强透露,研究中心下一步计划选育一批高产、优质、多抗、绿色的水稻新品种,满足多元化产业需求,通过产学研合作推广应用,提高广东省在空间诱变育种的研究水平和农业科技创新水平,提升我国粮食安全水平。

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