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2022年07月26日上午12:00
將種子送往太空短途旅行可幫助科學家培育出能適應氣候變化而茁壯生長的農作物新品種，從而養活全球不斷增長的人口。
初看之下，這大片麥田上生長的小麥和世界上其他麥田隨風搖曳的麥穗沒有什麼差別。其實在中國東北廣袤的田地栽種的這種小麥來頭不小，絶非普通的作物，這是在太空中培育出來的嶄新麥種。
稱為「魯原502」的麥種，為中國種植面積第二大的小麥。這是將小麥種子送到離地球表面340公里的軌道上空培養出來的新品種。在獨特的低重力太空中，而且隔絶在保護地球生命的磁場之外，小麥種子的DNA發生了微妙的變化，產生了更耐旱和更能抗病蟲害的新特性。
有越來越多的重要糧食作物新品種是在環繞地球運行的航天器和太空站上培育出來，魯原502僅是其中一種。在近地球軌道的太空，種子會受到微重力的影響，以及宇宙射線的轟擊所引發的基因變異，此過程稱為太空誘發基因突變，簡稱太空誘變。
雖然某些突變使作物無法發芽繁殖，但也有些突變可能是有益於作物生長。有的作物在基因變異後會變得更強壯，能夠經受較極端的生長環境，有的作物單一植株產量會增多，或生長得較快，或需要的水量會減少。在太空培育的農作物種子被帶回地球後，再經過仔細的篩選和進一步的培育，從而培植出可大面積廣泛種植的品種。
當今世界因氣候變化和糧食供應鏈脆弱，農業生產面臨越來越大的壓力，這使得農作物的種植需要更靠近其食用消費的地區。現在一些科研人員認為，被稱為太空誘變的太空育種法或許能幫助人類開發適應上述新挑戰的農作物品種。
中國首席太空育種專家、中國農業科學院航天育種研究中心主任劉錄祥說，「太空基因誘變技術產生了美麗的物種變異。」
例如，根據國際原子能總署的數據，魯原502比中國一般小麥品種的產量要高11%，也更耐乾旱，更抗病蟲害。國際原子能總署有一項工作是協調國際合作採用輻射技術培育新的作物品種。
劉錄祥說，「魯原502確實很成功，產量潛力很高，適應性也很強，在各種地區各種自然環境都能種植。」
正因為魯原502對環境的高度適應性使得這種小麥在中國這樣耕種土地和氣候環境豐富多樣的國家廣受農民的喜歡。
根據劉錄祥之說，魯原502隻是中國過去30年培育的200多個經太空誘變的作物品種其一。除小麥外，中國科學家還使用太空誘變技術培育出新的水稻、玉米、大豆、苜蓿、芝麻、棉花、西瓜、西紅柿、甜椒和其他蔬菜等品種。
中國在1987年首次開始農作物太空誘變實驗後，是世界上唯一一個始終使用這項育種技術的國家。從該年始，中國已經數十次將作物種子送上地球軌道。中國科學家於1990年公布第一種經太空培育成功的作物，是一種名叫宇椒1號的甜椒。劉錄祥說，與中國傳統種植的甜椒品種相比，宇椒1號果實較大，抗病能力也更強。
中國在這幾十年已成為全球航天強國，因此有能力將大批的農作物種子送入地球軌道。2006年，中國用「實踐八號」衛星將有史以來最大規模的一批種子和微生物（152種種子和菌種，總重量超過250公斤）送入地球軌道。2022年5月，中國載人神舟13號從中國天河空間站返回，帶回來的還有作太空誘變實驗的12000顆種子，其中包括幾種草料、以及燕麥、苜蓿和真菌。
中國甚至在2020年11月嫦娥5號登月任務中，也載運了一批稻種，經歷了一趟地球和月球的來回之旅。中國新聞報道稱，這些上過月球的水稻種子返回地球後，在實驗田成功栽種獲得收成。
劉錄祥說，「我們因中國強大的太空計劃而獲益匪淺。我們可以利用返回式衛星、高空平台站和載人飛船將種子送上太空，利用這些太空設施來培育改良作物，每年上太空最多可有兩次。」
這些種子的太空之旅，時間從4天到幾個月不等。在太空的特殊環境中，種子和植株都會發生一些變化。首先，高能的太陽粒子和宇宙射線會破壞種子本身的遺傳物質，導致基因變異或染色體畸變，突變還會遺傳給後代。此外，太空的低重力環境也可能導致種子發生某些變化。在微重力環境下發芽和生長的植物其細胞形狀和細胞本身的組織結構上都會發生改變。
大多數情況是，中國科學家先將種子送往太空，再運回地球種植待其發芽。然後對幼苗進行篩選，找出有用的特性比傳統品種更優秀的植株進行培育。中國科學家篩選尋求的基因變異是能夠讓作物生產更大的果實，能減少需水量，有更好的營養結構，還能抗高溫和低溫，以及能抗病蟲害。在某些情況下，罕見的基因突變可以讓作物產量或抗災害力有很大的突破。
研究人員找到最有前途的植株後將作進一步培育，直到最終培育出一種能夠滿足農民需求，效果明顯的改良品種。
不過，儘管當今中國太空誘變技術領先全球，但中國不是第一個進行太空育種實驗的國家。最早開始此技術的是美國和蘇聯的科學家，1975年兩國科學家使用搭乘蘇聯宇宙782衛星進入地球軌道的胡蘿蔔細胞作了最早的太空誘變實驗。
這種實驗方法所依賴的原理與20世紀20年代末已開始的用核輻射誘發基因突變的原理相同。核輻射誘變是指將生命體暴露在核輻射下，以加速生命體DNA的自然突變過程。
原理相同，但還是有差別。核輻射誘變使用源自地球本身的伽馬射線、X射線和離子束來引起生命體基因突變，而太空誘變則依賴於散佈在地球軌道太空中的宇宙射線的轟擊。我們地球上的生命因為受到地球磁場和厚實的大氣層的保護，而免於宇宙高能射線的傷害，但在地球軌道上，航天器和衛星則是暴露在宇宙射線輻射中，這些高能射線主要來自太陽。
國際原子能總署和聯合國糧農組織聯合成立的植物育種和遺傳學科的負責人肖巴·西瓦桑卡爾（Shoba Sivasankar）說，太空誘變和核輻射誘變這兩種技術都可以幫助縮短培育新作物品種所需時間，最高可以減半。
國際原子能總署位於奧地利維也納東南35公里的塞貝爾斯多夫的核實驗室，是核輻射誘變的全球中心和培訓中心。沒有核設施的合作國家可以將本國的種子、植物插枝或幼苗送到西瓦桑卡爾的團隊接受核輻射。
西瓦桑卡爾說，「讓種子接受核輻射只要幾分鐘，但這需要（對核輻射誘變）有充分的了解及其專業知識。每個品種對輻射都有不同的耐受性。如果給種子的輻射量太高，將種子放在輻射器裏太久，種子的生機就會被摧毀。不會再發芽生長。但要是輻射量不足夠，就不會產生足夠的基因突變，結果繁殖的後代就會和上代一樣。」
聯合國糧農組織和國際原子能總署合作的「糧食和農業核應用司」成立於1964年，植物育種和遺傳學科為其下屬機構。20世紀20年代末，當時的核物理學家利用X射線誘導小麥、玉米、水稻、燕麥和大麥發生基因突變的實驗引起了世界各地植物學家的興趣。到20世紀50年代，大多數發達國家都有了核輻射育種計劃，試驗不僅採用X射線，還試驗用紫外線和伽馬射線作誘變。
西瓦桑卡爾說，「當時，歐洲和北美做了很多努力，公布了許多在核輻射誘變幫助下培育的新品種。但在過去的二三十年歐美許多國家放棄了這項技術。特別是美國已經改變方向，採用轉基因技術，即在實驗室中將其他物種的DNA片段插入植物基因組以培育新品種。」
不過核輻射誘變技術也沒有過時。亞太地區的國家對此始終熱情不減，領頭的就是日益自信的中國。中國在繼續填充國際原子能總署的核誘發基因突變作物品種數據庫。目前這個數據庫有3300個以此技術培育成功的農作物品種。
西瓦桑卡爾說，雖然對一些較貧窮的亞洲國家，轉基因技術的成本很高可能是堅持核輻射誘變技術的主要動機，但繼續使用這種被西方基本拋棄的技術還有更多的實際原因。
西瓦桑卡說爾說，「例如，美國工業化的農業會優先考慮的農作物特性是抗蟲性和抗除草劑性之類。轉基因技術在這方面有傑出的表現。但在亞洲國家，情況就大不相同。」
亞洲的農業生產者主要是小農戶，而且農業地理環境也千差萬別，育種者要為這些小農戶培育改良種子，僅僅修改一兩個特性是不夠的。
西瓦桑卡爾說，「亞洲農作物種子需要更複雜的特性，許多與氣候狀況有關，比如要耐熱和耐旱，或者有在貧瘠土地或鹽鹼地生長的能力。就我看來，這是轉基因技術無法實現的。」
中國認為必須改善中國農作物的基因庫。據劉錄祥及其科研團隊之說，到2050年全球人口預計將增加20億，到時想要養活全球暴增的人口，就必須將至關重要的穀物產量提高70%。他的團隊聲稱，亞太地區不斷增長的人口現正面臨糧食短缺的最高風險。
國際原子能總署認為，通過核輻射誘變和太空誘變技術，僅中國一國就培育和引進了與原生作物相比所有關鍵特性都得到改良的800多新品種。
但這裏還有一個問題：如果誘發基因突變在地球上的實驗室中也能實現，那麼將種子送往太空又會有什麼優勢？
劉錄祥承認，將種子送上太空的成本比放入地面輻射器的成本要高。儘管如此，把種子送上太空旅行一趟似乎有明顯的好處，常常產生更有趣的結果。
劉錄祥說，「實際上，我們發現太空誘變的基因突變有效率比在地球實驗室接受伽馬射線要高。在太空中，宇宙射線強度要低很多，而種子暴露在輻射中的時間則要長得多。我們所說的粒子的線性能量傳輸和整體生物效應在太空中比在實驗室接受輻射要高，而種子的損傷率則要低很多。」
劉錄祥說，在地球實驗室的輻射器中，種子會在幾秒鐘內接受50至400個戈瑞（gray，電離輻射吸收劑量單位）的高劑量電離輻射。但在時間長很多的一周太空旅行中，種子所接受的輻射量只有區區的2毫戈瑞（1毫戈瑞等於1戈瑞的千分之一）。他補充說，結果是，多達50%的種子在輻射過量的地面實驗室中無法存活，但是在太空旅行的種子回到地球幾乎都能發芽生長。
劉錄祥說，「兩種技術都很有用，都能幫助我們解決一些非常現實的問題。而且把種子送往太空的機會微乎其微。因此我們不能只依靠太空誘變技術。」
現在，世界其他地區似乎對在太空種植農作物重啟興趣。2020年11月，美國商業太空服務公司NanoRacks公布了將建立環繞地球軌道的太空溫室種植計劃。計劃的目標？在世界面臨日益惡化的氣候變化危機之際，開發更適合養活全人類的新作物品種。
NanoRacks是一家以從國際太空站發射小型衛星而聞名的公司，其太空溫室計劃是與阿拉伯聯合酋長國合作。阿聯酋是一個耕地極少的國家，需要大量進口糧食。
然而，並不是所有的種子從太空返回地球後都能成為新生的超級植物。2020年，歐洲科學家送往國際空間站的一批萵苣種子在返回地球後，生長速度甚至比留在地面上的同類萵苣還要緩慢。
目前許多有關太空種植食物的研究，都是為了幫助太空人在執行太空任務時能自給自足。例如，國際太空站上的太空人自2015年以來一直在種植生菜，並成功收成和食用。2020年發表的一項研究發現，這種太空種植的生菜可以安全食用，並能為太空長期工作者提供寶貴的營養。
全世界各國的航天機構正在構想讓人類重返月球和訪問火星等行星，為太空人種植蔬菜糧食或許是未來長途太空之旅不可或缺的重要部分，但是對於將留在地球上生存的人類，太空食物的意義可能更為重大。
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