9月的凉山,阳光洒满安宁河谷,沉甸甸的稻穗在风中摇曳。在第十一届四川农业博览会凉山馆内,几个透明小麦存储罐前围满了参观者。生活中常见的小麦为何拥有如此高人气?事实上,这些看似寻常的麦种,“祖上”曾穿越过大气层,在浩瀚宇宙中完成了“基因蜕变”。
小麦矮秆突变体19h-64。
从1998年高空气球携麦种冲上35公里高空,到2024年实践十九号卫星搭载多种作物种子遨游太空,26年间,凉山科研人怀揣“攥紧中国种子”“端稳中国饭碗”的信念,让本土农作物奔赴太空,在航天技术与高原农业的碰撞中,筛选出玉米、小麦、马铃薯等作物的珍贵育种材料,为保障凉山本土粮食安全注入科技力量,也走出了一条西南山区的特色育种路。
首探苍穹
高空气球载着“麦种梦”升空
回首凉山的航天育种历程,1998年的初次尝试具有重要意义。
彼时,航天育种在国内尚属新兴领域,没人想到,群山绵延的凉山,这个曾经落后贫困的地方,却早早迈出了“航天育种”的第一步。
据了解,空间诱变育种是利用返回式卫星或高空气球将农作物种子带上高空,在微重力、高真空、强辐射和超洁净等条件下,使其形态建成、代谢、遗传特性及品种的经济性状等产生遗传性变异,进而选育出农作物新品种的育种新技术。
35至41公里的高空,是接近太空的区域,这里的特殊环境为种子变异提供了更多可能。凉山科研团队精心挑选了3个不同基因型的小麦杂交材料,装入特制的种子牛皮纸袋,和其他农作物材料一起开启了6个小时的“高空之旅”。
小麦育种材料。
凉山州农科院研究员辜义芳参与了整个项目,已退休的她,回忆起当时的情形,仍旧激动不已。
当珍贵的“天选之种”回到凉山后,辜义芳等科研人员立刻投入到紧张的观察选择工作中。他们惊喜地发现,小麦搭载材料发生了一些育种所期望的有益改变,比如高千粒重和高单穗重。值得一提的是,经过此次试验,研究员们发现经历高空处理的小麦育种材料后代性状变异谱广,为选择多种种质创造了可能。
这次尝试,让研究员们鼓足了干劲儿。此后多年,他们坚持多代筛选,仔细观察每一株小麦的生长情况,记录下无数的数据,为凉山后续的航天育种工作积累了宝贵经验。同时,科研人员心中也悄然种下了一颗名为“太空育种梦”的种子——积极争取让凉山的育种材料搭乘“航空快车”,为育种工作创造更多可能性。
再赴星河
卫星搭载加快育种进程
2006年,随着我国首颗专门用于航天育种的实践八号卫星发射升空,凉山的航天育种工作迎来了重大机遇。
对比首次“高空之旅”,实践八号卫星能搭载更多种子,太空环境下的航天诱变更是具有变异率高、变异幅度大、有益变异多等诸多优点,能获得常规方式难以获得的育种材料。为了抓住这次机遇,凉山州农科院的科研团队结合育种目标,从抗病性、籽粒重量、株高等多个维度对小麦材料进行严格筛选,最终确定了送往太空的高代育种材料。
小麦育种材料出芽。
2006年9月9日,长征二号丙运载火箭托举着实践八号卫星从酒泉卫星发射中心成功升空,凉山的小麦种子与全国2000余份作物种子一同开启了“太空之旅”。15天后,卫星在四川遂宁成功回收。
这一次,种子的“变异率”更是有了明显提高,有的麦秆变得更加粗壮,有的穗粒数显著增加。科研团队按照“一年一代、优中选优”的原则,对返回的种子进行了多代种植筛选。经过4-5代精心培育,最终筛选出了2个抗性有改进的小麦品系,直到今天都还在作为育种材料使用。
此后,在2014年的嫦娥五号返回式试验卫星和2024年的实践十九号卫星发射任务中,凉山的种子又两次成功搭乘卫星飞入太空,在种类上实现了从小麦这一单一种类向马铃薯、玉米、水稻、荞麦等多种作物的拓展。经过培育筛选出的“太空种子”品系,成为凉山小麦、马铃薯等农作物育种材料的重要资源,为后续品种培育奠定了坚实基础。
其中,2014年搭载的小麦育种材料带回后,凉山州农科院高级农艺师吉克呷呷和其他团队成员采用系谱法,开展了航天搭载小麦后代材料的选育工作。经过5个世代的系谱选育,筛选出了一个矮秆突变体19h-64。该品系春性中早熟,全生育期174天,株高46.4厘米,比搭载亲本株高矮26厘米,降低了35.9%,是小麦育种难得的矮秆育种资源。在马铃薯方面,2014年搭载的马铃薯杂交实生籽经过地面选育,成功育成了优质品种“川凉芋20”。该品种比传统品种适应性广、适口性好、高产稳产,适宜在云贵川和重庆等地种植,目前已进行示范种植。
扎根大地
“太空种子”结出民生硕果
航天育种的关键不仅在于“上天”,更在于“下地”后的筛选培育。
在凉山州农科院的产品陈列室内,吉克呷呷介绍着存储罐里的小麦育种材料。作为辜义芳的“徒弟”,她从2009年进入州农科院工作后,一直致力于小麦育种工作,多次主动了解、参与航天育种项目。
“川凉芋”20号。
吉克呷呷介绍,每一批“太空种子”返回后,都要经历一套严格的“成长考核”,再进行几代培育,观察田间性状表现和室内考种分析,才能选择出具有优良性状的“后代”。在其生长过程中,科研人员都会仔细调查记录株高、株型、抗病性等数据。
“2014年,一共送了53粒小麦育种材料上太空,但回收时已错过凉山当年的种植时间,只能保存到来年再种植。为了保证这来之不易的育种材料能顺利出苗,我们采取抽真空低温冷藏和常温两种方式保存,后来在室内进行育苗。经过观察发现,冷藏保存的育种材料出苗率更高,生长情况更好。”吉克呷呷清晰记得当年的培育过程。
那么,一份育种材料怎样才能变成一个新的品种?
当“太空种子”成熟后,科研人员要对其产量、品质等指标进行全面检测,如此繁育至少四代后,才有可能获得遗传性状稳定的优良突变系,才有机会进入后续的培育环节,最终还要通过相关管理部门的品种审定,才能形成新的品种进行推广种植。
或许一两年、或许四五年、更甚者数十年,培育一个品种往往需要几代科研人的接力。但凉山科研人始终坚持不断探索,正如吉克呷呷所言:“科研试验肯定会有成功和失败,但每一次尝试都能使我们更加靠近正确的方向。”
研究员观察玉米育种材料生长情况。
如今,凉山在育种领域取得了丰硕成果,不仅在小麦、马铃薯等主要作物上实现了育种材料的突破,还建立了全球最大的金荞麦资源圃和全国最集中的野生荞麦种质资源保存地,保存了4000余份荞麦资源。这些珍贵的“凉山种子”正从试验田走向千家万户的庄稼地,为当地农业增产、农民增收发挥重要作用,结出了沉甸甸的“民生硕果”。在这背后,是无数育种材料的支撑与无数科研人的辛勤付出。
从高空气球到科研卫星,从实验室到田间地头,凉山科研人用坚守与创新,不断探索航天育种技术,将凉山“种子芯片”做大做强,为保障国家粮食安全和推动农业高质量发展贡献更多的“凉山智慧”与“凉山力量”。
(文/凉山州新闻传媒中心记者 张敏敏 张霞 图/凉山州农科院供图)