陈瑜等：金砖国家机制下中国和俄罗斯之间的航天育种国际交流与合作

　　1985～1999年，俄罗斯发射12颗“光子”卫星，进行了包括研究开放宇宙空间对生物体的影响和开展细胞生物学实验等在内的6类科学试验项目。作为中俄国际合作项目，中国农业科学院蚕业研究所和航天医学工程研究所于1992年12月利用俄罗斯“光子-8号”返回式卫星进行了近两周的滞育卵、熟蚕、蛹、蚕茧等的空间试验，调查太空飞行环境对家蚕吐丝、结茧、化蛹、化蛾、交配等多个重要生物生理生化行为的影响。试验表明在空间环境下，胚胎能正常发育孵化出幼虫，返航后继续饲养蚁蚕，从而揭示了空间环境对家蚕生物活动和多种遗传性状的变异影响。与地面对照组相比，经过五代繁衍观察统计，研究人员发现飞行回收材料中出现了3种可遗传的变异特征。其中获得改良后的三眠蚕为完全选育新的三眠蚕品系奠定了良好的基础。

　　这之后，中国和俄罗斯对星际空间的共同研究起步于21世纪初，2001年中俄两国签署了《中俄睦邻友好合作条约》，其中规定了两国在航天领域方面合作发展的方向。从此，中俄两国在航天育种和空间植物培养方面的合作也逐渐增多。

　　俄罗斯在长期的于飞船和空间站开展的空间植物栽培种植实验中所取得的相关技术和实验成果或材料，也被引进到中国，为我国农业生产或载人航天开展空间生物诱变实验提供了宝贵的经验和借鉴，双方合作开展了极具前景的合作研究和项目。

　　1. 中国和俄罗斯在航天育种方面的合作

　　2001～2006年，中国科学院遗传与发育生物学研究所同俄罗斯科学院联合开展了中俄总理级会谈项目“植物空间诱变遗传研究与开发”。在俄罗斯科学院生物化学物理研究所涅赤塔伊洛·加林娜院士的帮助下，中国科学院遗传与发育生物学研究所引进了俄罗斯“和平号”空间站搭载6年的番茄种子，鹿金颖等对这些番茄种子返地种植后的第一代植株进行了RAPD分析，和对照相比，空间搭载后的5株番茄材料均出现扩增带型的差异条带，相互之间的带型大小也不同，证明空间环境会导致植物遗传物质的变异，同时呈现变异频率高、变异幅度大的特点。原因是实验所用番茄种子在空间长期受到强辐射、微重力、超真空等环境因素的影响，遗传物质产生了变异。

　　航天神舟生物科技集团有限公司自2011年开始在航天育种方面与俄罗斯联合开展研究。在国家外专局的大力支持下，公司与俄罗斯科学院生物化学物理研究所密切合作，成功引进了俄罗斯的多种优质种质材料。如在俄罗斯“和平号”空间站经历太空环境的耐寒高番茄红素番茄品种的种子、抗寒高油的向日葵种子、抗寒高蛋白的紫花苜蓿种子、抗寒高营养成分的俄罗斯小麦和黑麦种子等。种质资源引进后，一方面在国内多个航天育种基地进行示范推广和种植，另一方面运用航天诱变育种和空间生命科学技术努力培育新品种。利用引进的番茄种子，培育出了优质、早熟、抗病性强、番茄红素高的“航遗2号”航天育种番茄新品种，通过了省级品种审定，并获得了农业部颁发的植物新品种权证书，该番茄品种不但抗病性强，耐储存，而且番茄红素大幅提高，是对照的2.6倍。以“航遗2号”作为亲本，通过与国内优质番茄品种杂交，又成功培育出了无限生长型、产量高、耐低温、品质优的“宇航3号”“宇航4号”两个航天育种番茄新品系，由于其果实口感好、可无限生长、产量高、结果期长、抗病性强、营养成分高，受到菜农和消费者们的广泛喜爱。现在，“航遗2号”“宇航3号”“宇航4号”这些番茄新品种已在北京、甘肃、陕西、宁夏、青海、新疆、辽宁等地累计推广10万亩以上。2002年引进的俄罗斯小麦种子经“神舟三号”飞船搭载后，2013年陕西省首个航天搭载小麦品种“航麦6号”在杨凌选育成功，平均亩产686.35公斤，具有高产、优质、抗病性强等优势。此外，在内蒙古、甘肃大面积推广试种的耐寒紫花苜蓿，产量高、蛋白质含量高，用于奶牛饲养后，可较好提高出奶品质。

　　2. 中国和俄罗斯在空间植物培养方面的合作

　　苏联是开展地外植物栽培最早的国家，早在1960年就开展了第一次植物在轨培养实验。由于我国航天事业起步较晚，在该领域积累比较薄弱，充分借鉴俄罗斯在植物在轨培养方面的技术和经验，对推进我国地外环境中受控生态生保系统的建立具有重要意义。

　　近年来，俄罗斯科学家发现，纳米生物技术的应用能够为植物栽培提供更加高效的营养物质，在植物栽培和农业生产领域具有极大的应用潜力，其主要的应用优势包括:纳米颗粒的小尺寸效应(有效组分和养分可达到纳米级标准)使其更易被植物吸收;纳米颗粒表面原子周围的许多空间进一步增大了纳米颗粒的表面结合能，有利于纳米颗粒被植物根系吸附与吸收;纳米颗粒还能提高植物体内多种酶的活性，进而提高植物产量。自2013年起，航天神舟生物科技集团有限公司开始与俄罗斯科学院生物化学物理研究所和化学物理能源问题研究所就纳米生物技术在植物栽培上的应用开展合作，最终目的是将纳米生物技术应用于高等植物的空间栽培上，为未来我国空间站的受控生态生保系统提供技术支持。

　　中俄双方联合开展了应用纳米生物技术的多种植物的多项实验，包括实验室实验和大田实验，取得了多项研究成果。中方从俄罗斯科学院化学物理能源问题研究所定制引进了金属纳米颗粒制备设备，实现了不同金属纳米颗粒的自主生产制备，掌握了不同金属纳米颗粒及其合金的生产方法和技术。双方多次在小麦、番茄、玉米、辣椒等作物上进行不同种类不同浓度的纳米实验，结果表明，铁、锌、铜等金属纳米颗粒对植物的生长发育和产量有明显的促进作用。在辣椒的组织培养实验中，金属纳米颗粒铁、锌、铜对辣椒的根长、根系活力以及叶绿素含量均有促进作用，纳米铁和铜能够促进辣椒叶片中的叶绿素含量提高。通过对辣椒叶片的超微结构观察，发现低浓度的纳米铁可以通过改变叶片组织，增加叶绿体数量和片层堆积以及调节维管束的发育来促进植物生长。在模拟微重力环境中，纳米铁同样能够促进叶肉细胞中叶绿体的形成，并增加叶绿体片层，刺激植物叶肉细胞排列致密，有利于植物叶片对光能的充分利用，提高光合速率。在番茄的组织培养实验中，纳米铁能够使番茄种子的发芽率提高13%～27%。用含有纳米铁、锌、铜的包衣剂对番茄种子进行包衣，种植后发现低浓度的纳米处理可以使番茄产量提高6.5%～10.7%，单个果实的重量可增加7.5%～10.2%。上述数据说明将纳米颗粒作为营养源可以被植物吸收利用，将纳米生物技术应用于空间植物培养极具潜力。

　　全文参见《中国航天育种发展报告（1987～2021）》，社会科学文献出版社2023年3月出版。