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1987年8月5日,一批水稻和青椒等農作物種子搭載我國第九顆返回式科學試驗衛星,成功進入太空,開啟了我國通過空間誘變進行植物航天育種之旅。
27年過去,當年的一項科學試驗,而今已發育成為國家科技創新戰略的大項目,建設了國家植物航天育種工程技術研究中心(以下簡稱“航天育種中心”),吸引中科院、農科院、高校、各省市農科所和一批企業共同參與,形成分工明確、協同創新、資源共享的大好局面,推動著我國在空間誘變育種領域不斷取得開創性的領先成果。
領先源于堅持
航天育種中心座落于華南農業大學校內,2009年11月,經科技部批準開始建設,去年11月通過國家驗收,不僅成為國內惟一從事植物航天育種的*工程化研究平臺,也是廣東省屬高校第一家國家工程技術研究中心。
“研究植物空間誘變,除了中科院系統,華南農大算是國內比較早的。”航天育種中心主任陳志強教授告訴《中國科學報》記者。
陳志強,教授,博士生導師,現任華南農業大學黨委常委、副校長。先后以第一完成人獲廣東省科技獎一等獎、二等獎和廣東省農業技術推廣獎一等獎,被譽為“廣東航天育種第一人”。
從1996年9月算起,陳志強領導的團隊,通過不同的返回式航天器,已將17個批次154份種子材料,送上了太空。他建立了“水稻空間誘變多代混系連續選擇和定向跟蹤篩選”為核心的水稻航天誘變高效育種技術體系,先后在國際學術會議、國內學術會議以及核心學術刊物發表40多篇研究論文;創建了1000多份優良的特異種質資源應用于各類水稻育種計劃,并已被全國30多家育種單位所引進和利用;先后育成18個品種20次通過省級以上品種審定,同時有一批材料(品種)獲得了國家植物新品種保護權授權。
“種子上天走一遭,只是完成太空育種的第一步,隨后還有一系列的地面培育、篩選和驗證等科學技術研究與其相匹配,而這需要時間和堅持”陳志強說。
為了觀察誘變后代的性狀變異,陳志強和助手們每天奔忙在試驗田與實驗室之間。經過三年多的努力,航天水稻優質新品種“華航一號”于2001年通過廣東省品種審。2003年通過國家品種審定,成為我國航天育種第一個通過國家品種審定的水稻新品種。
浩瀚的太空已成為中國科學家培育農作物新品種的實驗室和育種基地。據不完全統計,我國經過太空搭載的農作物共計9大類,育成并通過國家或省級審定的新品種達到70多個。
陳志強把其團隊取得的成績歸功于堅持。“育種是一項枯燥而單調的行當,需要常年在田間地頭摸爬滾打,從眾多材料中比較、篩選,年年有希望,年年有失望,充滿著艱辛與坎坷,特別需要滴水穿石的堅持”。
“手把青秧插滿田,低頭便見水中天。六根清凈方為稻,退步原來是向前。”當年學友送給陳志強的詩,已成為他搞科研的精神動力,也是生動描寫我國一代代育種科研工作者們無私奉獻精神的真實寫照。
因為堅持,中國作為目前世界上僅有的三個(美、俄、中)掌握返回式衛星技術的國家之一,在航天育種領域取得的一系列開創性研究成果,受到國際同行關注,世界著名的《自然》和《科學》雜志先后對中國的航天育種研究工作進行了報道。
航天育種需要協同作戰
實踐證明,國家將航天育種工程中心設在華南農業大學是個正確的選擇。航天育種中心依托單位—華南農大擁有作物遺傳育種、蔬菜、觀賞園藝、生物化學與分子生物學學科和作物栽培學與耕作學等最為強勢的國家、省重點學科,有35位博士在內的69位中高級科研人員參與中心建設,涵蓋作物遺傳育種、作物栽培、分子生物學、市場經營等專業。
同時,華南農大作為廣東省和農業部共建的“211工程”大學,省部協同力度不斷加強,在科技部的政策指導和項目支持下,連續三個五年計劃獲得國家“863”計劃、國家支撐計劃、國家高技術產業化等重大項目資助,航天育種中心建設得到國家戰略層面的大力支持。
“沒有錢,搞不了科研;沒有同行們的齊心協力,則出不了成果”。對于陳志強和他的同行們來說,協同作戰是航天育種工程化、產業化的前提。
據了解,每克種子進行航天搭載,一次需要500元-1000元,無疑這是一種成本高昂的“育種”方式。
在陳志強眼里,上過天的種子意義非凡。“它不僅僅是航天誘變搭載費用昂貴,更重要是搭載機會是珍貴的,而且搭載的種子會產生什么變異充滿著神奇的不知數。所以,我們要珍惜每一次來之不易的機會,絕不能碰到困難就半途而廢。”
然而,“飛天種子”要種到地里結出果實,特別是要獲得育種家期望的結果,還有漫長的路要走。
這幾年,陳志強帶領航天育種中心的研究團隊在航天育種共性關鍵技術、種質資源創新創建、新品種培育和產業化所取得的成績不單得到現場驗收專家的好評,同時更得到同行和農民的認可。然而,他并不滿足這些,他認為,完成國家工程中心的任務是最基本的要求,更重要的是在保證完成國家工程中心規定的任務基礎上,拓展國家科技平臺的功能,更好的為農業、農民、農村服務。
航天搭載的種子為什么會產生變異?在哪里產生變異?發生變異的基因或性狀又是如何遺傳下來被人類所利用?……,所有這些有關航天誘變機理問題的科學答案不單能回應社會上對航天育種的質疑,更是在航天育種深入研究和應用上意義深遠。針對水稻生產稻瘟病危害嚴重以及稻米品質改良跟不上市場需求等問題,這些年陳志強不但創建一大批即優質又抗病的新種質,更是將一批抗病和優質突變基因的誘變機理、遺傳模式及應用技術途徑一一研究,在國內外核心刊物發表了30多篇論文,為我國的航天育種發展起到了引領作用。
航天育種中心成立以來,不僅吸引了中科院近代物理研究所、中科院合肥物質科學研究院等“國家隊”、而且云集了來自廣東省、四川、湖南、福建、廣西、吉林省等省地市地方科研團隊的加盟,有力地促進了“中心”水稻航天育種共性關鍵技術和優異新種質的輻射,促進了合作單位育種水平提高,在全國范圍內形成了一支研發力量強的優勢航天育種研發力量。
陳志強視同行如兄弟。十幾年來,他顛覆了業界在激烈競爭中同行相輕、互相封鎖的局面,對于來自國內從事育種的同行們的需求,他從來都是有求必應,熱心幫助,大力支持,再珍貴的資源和材料都與大家共享,且服務到家。
“平臺是國家的,必須體現它的開放性和公益性。讓同行兄弟們的研究少走彎路,早出成果,是我們的職責”。陳志強特別強調自身的社會責任和義務。如今,在知識產權保護框架下,通過航天育種中心進行的各項技術和種質交流合作日益增多,呈現常態化。
三年間,航天育種中心利用自身的共性關鍵技術平臺,為其主持的863計劃項目的各參加單位以及長期的合作單位鑒定篩選育種群體39批次,近50000份個體,為合作單位開放平臺儀器設備使用1000多臺次,有效地促進這些單位的技術與育種進步。
與此同時,航天育種中心所研發的“航天誘變不同世代突變體定向篩選技術”等多項共性關鍵技術,無償輻射到本領域相關科研單位和企業。特別是“中心”這些年所創制的優質、抗病水稻新種質通過會議/現場多種途徑無償提供給全國相關的育種單位,有效地促進我國水稻新品種品質和抗性改良的育種效率。
團結的力量是無窮的。目前,在眾多科研工作者的共同努力下,我國在植物航天誘變共性關鍵技術研發領域達到國際領先水平。
能讓農民增產增收的才是好種子
1991年,隨著“航天效益工程”的提出,航天技術要為國民經濟建設服務的發展要求成為我國航天事業發展的重要原則。航天育種也被列為“航天效益工程”的一個重要項目,巨大的商機吸引了更多的參與者,國內26個省、市、自治區幾百家單位先后開展了上百項種子空間搭載實驗。
隊伍擴大了,難免有急功近利者。五花八門的種子返回地球后,有甚者第二年結果后,就貼上了“太空XX”的標簽,完全忘記了嚴謹的科學態度和職業操守,這不僅蒙騙了消費者,造成了不良的社會影響,其短視行為更損害了農民的利益。
在陳志強看來,從育種研發到產品成型這個閉環中,雖然每個環節和分工都很重要,但是,農民滿意才是衡量科研成果的*標準。
在航天育種中心,陳志強要求科研人員除了做研究外,還必須“上得了課堂,下得了稻田”,“不僅要沖天,更要接地氣”。
“我們搞農業研究的一定要尊重農民的意見、虛心向農民學習;為了農民,從農民的需求出發。水稻品種是不是優良的,不是研究人員說了算,而是農民說了算!”陳志強語氣堅定地對《中國科學報》記者說。
視農民為兄弟,一切以農民的利益為出發點,這是陳志強和他的團隊多年科研屢獲突破的“法寶”。
2002年,“華航一號”在廣東省大面積推廣初期,當地農民發現該品種根部有腐爛現象,懷疑這個品種不抗根腐病,馬上報告給項目組,陳志強在當地農民的幫助下調查發病原因,發現主要與栽培管理不當有關,通過配套高產栽培技術,良種良法一起推廣后“華航一號”更受農民歡迎,不單在廣東大面積推廣,還輻射到華南稻區各省區,并獲得廣東省農業技術成果推廣一等獎。
廣東省博羅縣農業局為當地農民引進了航天育種中心培育的一個優質稻新品種“華航絲苗”,抱著試試看的農民到了收獲時嘗到了甜頭:不僅產量高,而且稻谷的口感特別好,一擔(約50公斤)稻谷賣了250多元,比別的品種多賣150多元,讓試種的農民樂得合不上嘴。
“說心里話,這些年得到的榮譽,遠遠沒有我看到農民兄弟豐收時臉上的笑容更讓人滿足”。陳志強真誠地說。
繼“華航一號”之后,廣東省第一個達到國家優質稻米標準的兩系超級雜交稻新品種“培雜泰豐”開始大面積推廣。接著,“培雜航七”、“培雜88”、“培雜航香”、“培雜130”、“天優航七”、“勝巴絲苗”,“華航絲苗”、“金航絲苗”、“紅荔絲苗”、“華航31號”、“華優213”、“天優173”、“培雜191”等一批航天育種新品種先后選育成功且通過品種審定,并在南方稻區各省區大面積應用推廣,累計推廣面積達3000多萬畝,其中,“培雜泰豐”、“華航31”和“華優213”達到超級稻標準。
航天育種中心成立,更是如虎添翼。據不完全統計,2010-2012年“中心”所培育的品種累計推廣932.05萬畝,累計為農民增收近十億元。
顯而易見,航天育種技術已成為我國快速培育農作物優良品種的重要途徑之一,在農業生產中發揮著積極作用,為提升中國糧食綜合生產能力和農產品市場競爭力提供了重要技術支撐。
“實踐證明,航天誘變能誘導產生當前地面技術手段難以實現的的突變類型,利用這些突變可創建重要種質資源”,陳志強說,“因此,利用這一新的誘變手段和技術途徑,創建和培育一批抗逆的林木花草,以改良和改善我國大西北的生態環境,意義將更加深遠重大!”
資料:目前,世界上只有中國、美國和俄羅斯掌握衛星返回技術,而只有中國成功進行了衛星搭載太空育種。
上個世紀五六十年代,美蘇多次發射返回式航天器并搭載植物種子,但他們并未把這項技術應用于農業品種改良和培育,而是研究重點在于探測空間環境的安全性,解決人類在太空環境中的食物供應、氧氣來源及生存環境安全等有關生命保障支持系統問題,為載人航天服務。
只有我國除此之外還開創性地進行了航天育種研究,同時也取得了一系列開創性的研究成果,受到世界科技界廣泛關注,世界著名的《自然》和《科學》雜志曾專題報道。
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