核能和育種看起來(lái)是風(fēng)馬牛不相及的兩件事。但中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所近日發(fā)布消息稱(chēng)，近年來(lái)我國(guó)農(nóng)業(yè)科研界在農(nóng)作物突變種質(zhì)資源創(chuàng)制、新品種培育等核技術(shù)農(nóng)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域取得一批重要成果，為保障國(guó)家糧食安全、推進(jìn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展發(fā)揮了獨(dú)特作用。

什么是核能育種?通過(guò)核能育種，我國(guó)產(chǎn)出了哪些糧食品種?除了育種，核技術(shù)還能做哪些超乎想象的事?記者就此采訪了有關(guān)專(zhuān)家。

創(chuàng)造種質(zhì)庫(kù)里沒(méi)有的突變新資源

“核能育種實(shí)際上就是通過(guò)核反應(yīng)釋放能量，產(chǎn)生的高能粒子與生物體發(fā)生相互作用，使得生物體的基因發(fā)生改變，從而篩選新的種質(zhì)資源、創(chuàng)造新材料、培育新品種的過(guò)程或方法。”中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所副所長(zhǎng)、中國(guó)原子能農(nóng)學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)劉錄祥在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)表示，核能育種也叫核輻射育種，核心是通過(guò)核能射線作用，破壞生物體遺傳物質(zhì)DNA結(jié)構(gòu)，使其基因發(fā)生改變，進(jìn)而形成一種新的性狀，然后將對(duì)人類(lèi)有利的性狀篩選、利用和固化下來(lái)，形成新的品種。

劉錄祥說(shuō)，目前中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的國(guó)家農(nóng)作物種質(zhì)資源庫(kù)，收集了51萬(wàn)份種質(zhì)資源。“包括核能育種在內(nèi)的育種方式，最重要的目的就是創(chuàng)造種質(zhì)庫(kù)里沒(méi)有的突變新資源。”

那么核能育種和航天育種、轉(zhuǎn)基因有何不同呢?

核能育種和航天育種都能改變生物體基因，而且改變的基因都可以被傳遞給后代，將人工誘變產(chǎn)生的這些新變異進(jìn)一步整合利用，就形成了高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病、抗逆的新品種。不同的是，二者引起生物體改變的要素，或者說(shuō)影響因子不同。航天育種利用的是空間宇宙粒子，這些粒子主要是荷能重離子，是一種宇宙的核能能量。

轉(zhuǎn)基因是對(duì)某一個(gè)生物品種的單個(gè)基因進(jìn)行定向改良，而核能育種對(duì)基因的改變存在隨機(jī)性，它可能誘變出預(yù)想不到的新的品種類(lèi)型。

核能育種為我國(guó)糧食安全貢獻(xiàn)力量

早在1956年，我國(guó)就開(kāi)始核輻射誘變育種技術(shù)研發(fā)。自“七五”以來(lái)，核輻射等誘變技術(shù)研究與育種應(yīng)用一直被列為國(guó)家或部門(mén)重點(diǎn)科技項(xiàng)目或課題。

“迄今，我國(guó)利用核技術(shù)誘變育成和審定了1033個(gè)突變品種，超過(guò)同期國(guó)際上育成突變品種總數(shù)的三分之一，每年為國(guó)家增產(chǎn)糧棉油15億公斤。”劉錄祥說(shuō)，“十三五”期間，我國(guó)在7種不同作物上誘變育成20多個(gè)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)國(guó)審新品種，小麥最高畝產(chǎn)841公斤，實(shí)現(xiàn)了誘變改良作物的新突破。

這當(dāng)中，由山東農(nóng)業(yè)科學(xué)院原子能利用研究所和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所培育的魯原502小麥新品種，解決了重穗型品種易倒伏的生產(chǎn)難題，累計(jì)推廣應(yīng)用7700多萬(wàn)畝，是目前全國(guó)第二大小麥推廣品種。江蘇里下河地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所將輻射誘變與常規(guī)育種融為一體，選育出“揚(yáng)輻麥4號(hào)”等系列新品種，累計(jì)推廣3000萬(wàn)畝。

在水稻育種方面，四川省原子能研究院將輻射誘變與秈粳交雜種優(yōu)勢(shì)利用技術(shù)相結(jié)合，創(chuàng)制出恢復(fù)力強(qiáng)、配合力高、抗病性好的水稻新種質(zhì)，培育出“Ⅱ優(yōu)D069”等高產(chǎn)抗病亞種間雜交水稻新品種，累計(jì)推廣應(yīng)用1400多萬(wàn)畝。湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院核農(nóng)學(xué)與航天育種研究所培育出鎘低積累兩系雜交晚稻新品種“C兩優(yōu)266”等，累計(jì)推廣470多萬(wàn)畝。

“據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年在生產(chǎn)上應(yīng)用的主要農(nóng)作物品種數(shù)量、推廣面積里，8%—10%來(lái)自核能育種。”劉錄祥告訴記者，因?yàn)樵谵r(nóng)作物核輻射誘變育種領(lǐng)域取得的矚目成就，讓我國(guó)成為國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)亞太地區(qū)核輻射誘變育種合作項(xiàng)目牽頭國(guó)，為我國(guó)及亞太區(qū)域的糧食安全和食品安全做出了重要貢獻(xiàn)。

還能用于食品加工、石油、水利等領(lǐng)域

核技術(shù)除了用于育種之外，還有很多你意想不到的用途。

比如在食品加工領(lǐng)域，食品輻照被譽(yù)為21世紀(jì)綠色加工技術(shù)，是繼食品罐藏加熱、冷凍保藏技術(shù)之后，又一食品加工新技術(shù)。所謂輻照，即利用高能電子束等射線照射產(chǎn)品，通過(guò)輻射效應(yīng)達(dá)到材料改性、殺菌消毒的作用，延長(zhǎng)產(chǎn)品保質(zhì)期。

1984年以來(lái)，我國(guó)開(kāi)始輻照大蒜、馬鈴薯、洋蔥、脫水蔬菜、白薯酒和肉制品等。劉錄祥說(shuō)，目前我國(guó)每年輻照食品占全球總量的一半以上，每年形成產(chǎn)值已超過(guò)26億美元。我國(guó)食品輻照無(wú)論裝置總數(shù)還是加工能力均位居全球第一。

再比如，利用同位素追蹤可以治理油田、疏浚河道。

我國(guó)90%以上的油田是注水采油，經(jīng)過(guò)多年開(kāi)采，水淹水患嚴(yán)重。為了更好地挖掘老油田潛力，科研人員研制出一種鋇-131放射性示蹤微球，為測(cè)定注水井吸水剖面提供了一種有效的工具。測(cè)井時(shí)，利用定位釋放器，把具有一定活度的放射性示蹤微球在井下釋放，示蹤微球隨注水進(jìn)入不同滲透性的地層，形成均勻的擴(kuò)散層，水流到哪里，微球便跟到哪里發(fā)出輻射信號(hào)，隨后科研人員用探測(cè)器沿注水井進(jìn)行放射性測(cè)量，便可了解注水在地層的分布、流向和作用，為油田的合理開(kāi)發(fā)和綜合治理提供了科學(xué)依據(jù)。

此外，我國(guó)每年要花數(shù)千萬(wàn)元用于長(zhǎng)江口泥沙的疏浚，為了解泥沙的運(yùn)行規(guī)律，南京水科院在長(zhǎng)江上游投放含鈧-46同位素的石英砂，然后用閃爍探測(cè)器進(jìn)行跟蹤觀察，為長(zhǎng)江口深水航道的治理與全天候深水航道的建設(shè)提供了重要技術(shù)數(shù)據(jù)，采用此項(xiàng)技術(shù)治理后，10萬(wàn)噸貨輪可通過(guò)長(zhǎng)江口直抵上海寶山鋼廠碼頭。

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核能育種先“破”而后“立”

核能育種具體的過(guò)程究竟是怎樣的?我們來(lái)一起看看吧。

儀器發(fā)出的高能粒子穿過(guò)作物細(xì)胞，來(lái)到細(xì)胞核，與DNA的原子相互作用，使其化學(xué)鍵斷裂，或者與細(xì)胞的水分子相互作用，產(chǎn)生自由基，令細(xì)胞染色體受傷。植物細(xì)胞內(nèi)部特定的“酶醫(yī)生”趕緊過(guò)來(lái)修復(fù)，有些斷裂好治療，連接上即可，有些則無(wú)法治愈。眾多“酶醫(yī)生”在有限的時(shí)間內(nèi)會(huì)診，查閱資料或者依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，商議的結(jié)果是：死馬就當(dāng)活馬醫(yī)吧，于是錯(cuò)誤的修復(fù)誕生。

不要小看這小小的錯(cuò)誤，它可能讓植物無(wú)法恢復(fù)到原來(lái)的模樣，錯(cuò)就錯(cuò)下去吧，活著就好，于是突變的細(xì)胞誕生了。這些突變的細(xì)胞通過(guò)分裂增殖，形成了一群變異細(xì)胞，大家彼此扶持，共同發(fā)育成完整的植株，最終新的突變體誕生了。

與原來(lái)的品種相比，這些突變體可能個(gè)頭或高或矮、成熟期或早或晚、繁育后代或多或少等，其中出類(lèi)拔萃的被人類(lèi)挑選出來(lái)，就逐漸培養(yǎng)成為了新的品種，推向市場(chǎng)，為人類(lèi)造福。(陳 瑜)

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