◎ 科技日報記者 陳瑜
核能和育種看起來是風馬牛不相及的兩件事。但中國農業科學院作物科學研究所近日發布消息稱，近年來我國農業科研界在農作物突變種質資源創制、新品種培育等核技術農業應用領域取得一批重要成果，為保障國家糧食安全、推進農業綠色發展發揮了獨特作用。
什么是核能育種？通過核能育種，我國產出了哪些糧食品種？除了育種，核技術還能做哪些超乎想象的事？ 記者就此采訪了有關專家。
創造種質庫里沒有的突變新資源
“核能育種實際上就是通過核反應釋放能量，產生的高能粒子與生物體發生相互作用，使得生物體的基因發生改變，從而篩選新的種質資源、創造新材料、培育新品種的過程或方法。” 中國農業科學院作物科學研究所副所長、中國原子能農學會理事長劉錄祥在接受科技日報記者采訪時表示，核能育種也叫核輻射育種，核心是通過核能射線作用，破壞生物體遺傳物質DNA結構，使其基因發生改變，進而形成一種新的性狀，然后將對人類有利的性狀篩選、利用和固化下來，形成新的品種。
劉錄祥說，目前中國農業科學院作物科學研究所的國家農作物種質資源庫，收集了51萬份種質資源。“包括核能育種在內的育種方式，最重要的目的就是創造種質庫里沒有的突變新資源。”
那么核能育種和航天育種、轉基因有何不同呢？
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，將人工誘變產生的這些新變異進一步整合利用，就形成了高產、優質、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。
轉基因是對某一個生物品種的單個基因進行定向改良，而核能育種對基因的改變存在隨機性，它可能誘變出預想不到的新的品種類型。
核能育種為我國糧食安全貢獻力量
早在1956年，我國就開始核輻射誘變育種技術研發。自“七五”以來，核輻射等誘變技術研究與育種應用一直被列為國家或部門重點科技項目或課題。
“迄今，我國利用核技術誘變育成和審定了1033個突變品種，超過同期國際上育成突變品種總數的三分之一，每年為國家增產糧棉油15億公斤。” 劉錄祥說，“十三五”期間，我國在7種不同作物上誘變育成20多個高產優質國審新品種，小麥最高畝產841公斤，實現了誘變改良作物的新突破。
這當中，由山東農業科學院原子能利用研究所和中國農業科學院作物科學研究所培育的魯原502小麥新品種，解決了重穗型品種易倒伏的生產難題，累計推廣應用7700多萬畝，是目前全國第二大小麥推廣品種。江蘇里下河地區農業科學研究所將輻射誘變與常規育種融為一體，選育出“揚輻麥4號”等系列新品種，累計推廣3000萬畝。
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勢利用技術相結合，創制出恢復力強、配合力高、抗病性好的水稻新種質，培育出“Ⅱ優D069”等高產抗病亞種間雜交水稻新品種，累計推廣應用1400多萬畝。湖南省農業科學院核農學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266”等，累計推廣470多萬畝。
“據不完全統計，每年在生產上應用的主要農作物品種數量、推廣面積里，8%—10%來自核能育種。” 劉錄祥告訴記者，因為在農作物核輻射誘變育種領域取得的矚目成就，讓我國成為國際原子能機構亞太地區核輻射誘變育種合作項目牽頭國，為我國及亞太區域的糧食安全和食品安全做出了重要貢獻。
還能用于食品加工、石油、水利等領域
核技術除了用于育種之外，還有很多你意想不到的用途。
比如在食品加工領域，食品輻照被譽為21世紀綠色加工技術，是繼食品罐藏加熱、冷凍保藏技術之后，又一食品加工新技術。所謂輻照，即利用高能電子束等射線照射產品，通過輻射效應達到材料改性、殺菌消毒的作用，延長產品保質期。
1984年以來，我國開始輻照大蒜、馬鈴薯、洋蔥、脫水蔬菜、白薯酒和肉制品等。劉錄祥說，目前我國每年輻照食品占全球總量的一半以上，每年形成產值已超過26億美元。我國食品輻照無論裝置總數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90%以上的油田是注水采油，經過多年開采，水淹水患嚴重。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，為測定注水井吸水剖面提供了一種有效的工具。測井時，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，示蹤微球隨注水進入不同滲透性的地層，形成均勻的擴散層，水流到哪里，微球便跟到哪里發出輻射信號，隨后科研人員用探測器沿注水井進行放射性測量，便可了解注水在地層的分布、流向和作用，為油田的合理開發和綜合治理提供了科學依據。
此外，我國每年要花數千萬元用于長江口泥沙的疏浚，為了解泥沙的運行規律，南京水科院在長江上游投放含鈧-46同位素的石英砂，然后用閃爍探測器進行跟蹤觀察，為長江口深水航道的治理與全天候深水航道的建設提供了重要技術數據，采用此項技術治理后，10萬噸貨輪可通過長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”
核能育種具體的過程究竟是怎樣的？我們來一起看看吧。
儀器發出的高能粒子穿過作物細胞，來到細胞核，與DNA的原子相互作用，使其化學鍵斷裂，或者與細胞的水分子相互作用，產生自由基，令細胞染色體受傷。植物細胞內部特定的“酶醫生”趕緊過來修復，有些斷裂好治療，連接上即可，有些則無法治愈。眾多“酶醫生”在有限的時間內會診，查閱資料或者依據經驗，商議的結果是：死馬就當活馬醫吧，于是錯誤的修復誕生。
不要小看這小小的錯誤，它可能讓植物無法恢復到原來的模樣，錯就錯下去吧，活著就好，于是突變的細胞誕生了。這些突變的細胞通過分裂增殖，形成了一群變異細胞，大家彼此扶持，共同發育成完整的植株，最終新的突變體誕生了。
與原來的品種相比，這些突變體可能個頭或高或矮、成熟期或早或晚、繁育后代或多或少等，其中出類拔萃的被人類挑選出來，就逐漸培養成為了新的品種，推向市場，為人類造福。
◎ 科技日報記者 陳瑜
核能和育種看起來是風馬牛不相及的兩件事。但中國農業科學院作物科學研究所近日發布消息稱，近年來我國農業科研界在農作物突變種質資源創制、新品種培育等核技術農業應用領域取得一批重要成果，為保障國家糧食安全、推進農業綠色發展發揮了獨特作用。
什么是核能育種？通過核能育種，我國產出了哪些糧食品種？除了育種，核技術還能做哪些超乎想象的事？ 記者就此采訪了有關專家。
創造種質庫里沒有的突變新資源
“核能育種實際上就是通過核反應釋放能量，產生的高能粒子與生物體發生相互作用，使得生物體的基因發生改變，從而篩選新的種質資源、創造新材料、培育新品種的過程或方法。” 中國農業科學院作物科學研究所副所長、中國原子能農學會理事長劉錄祥在接受科技日報記者采訪時表示，核能育種也叫核輻射育種，核心是通過核能射線作用，破壞生物體遺傳物質DNA結構，使其基因發生改變，進而形成一種新的性狀，然后將對人類有利的性狀篩選、利用和固化下來，形成新的品種。
劉錄祥說，目前中國農業科學院作物科學研究所的國家農作物種質資源庫，收集了51萬份種質資源。“包括核能育種在內的育種方式，最重要的目的就是創造種質庫里沒有的突變新資源。”
那么核能育種和航天育種、轉基因有何不同呢？
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，將人工誘變產生的這些新變異進一步整合利用，就形成了高產、優質、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。
轉基因是對某一個生物品種的單個基因進行定向改良，而核能育種對基因的改變存在隨機性，它可能誘變出預想不到的新的品種類型。
核能育種為我國糧食安全貢獻力量
早在1956年，我國就開始核輻射誘變育種技術研發。自“七五”以來，核輻射等誘變技術研究與育種應用一直被列為國家或部門重點科技項目或課題。
“迄今，我國利用核技術誘變育成和審定了1033個突變品種，超過同期國際上育成突變品種總數的三分之一，每年為國家增產糧棉油15億公斤。” 劉錄祥說，“十三五”期間，我國在7種不同作物上誘變育成20多個高產優質國審新品種，小麥最高畝產841公斤，實現了誘變改良作物的新突破。
這當中，由山東農業科學院原子能利用研究所和中國農業科學院作物科學研究所培育的魯原502小麥新品種，解決了重穗型品種易倒伏的生產難題，累計推廣應用7700多萬畝，是目前全國第二大小麥推廣品種。江蘇里下河地區農業科學研究所將輻射誘變與常規育種融為一體，選育出“揚輻麥4號”等系列新品種，累計推廣3000萬畝。
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勢利用技術相結合，創制出恢復力強、配合力高、抗病性好的水稻新種質，培育出“Ⅱ優D069”等高產抗病亞種間雜交水稻新品種，累計推廣應用1400多萬畝。湖南省農業科學院核農學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266”等，累計推廣470多萬畝。
“據不完全統計，每年在生產上應用的主要農作物品種數量、推廣面積里，8%—10%來自核能育種。” 劉錄祥告訴記者，因為在農作物核輻射誘變育種領域取得的矚目成就，讓我國成為國際原子能機構亞太地區核輻射誘變育種合作項目牽頭國，為我國及亞太區域的糧食安全和食品安全做出了重要貢獻。
還能用于食品加工、石油、水利等領域
核技術除了用于育種之外，還有很多你意想不到的用途。
比如在食品加工領域，食品輻照被譽為21世紀綠色加工技術，是繼食品罐藏加熱、冷凍保藏技術之后，又一食品加工新技術。所謂輻照，即利用高能電子束等射線照射產品，通過輻射效應達到材料改性、殺菌消毒的作用，延長產品保質期。
1984年以來，我國開始輻照大蒜、馬鈴薯、洋蔥、脫水蔬菜、白薯酒和肉制品等。劉錄祥說，目前我國每年輻照食品占全球總量的一半以上，每年形成產值已超過26億美元。我國食品輻照無論裝置總數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90%以上的油田是注水采油，經過多年開采，水淹水患嚴重。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，為測定注水井吸水剖面提供了一種有效的工具。測井時，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，示蹤微球隨注水進入不同滲透性的地層，形成均勻的擴散層，水流到哪里，微球便跟到哪里發出輻射信號，隨后科研人員用探測器沿注水井進行放射性測量，便可了解注水在地層的分布、流向和作用，為油田的合理開發和綜合治理提供了科學依據。
此外，我國每年要花數千萬元用于長江口泥沙的疏浚，為了解泥沙的運行規律，南京水科院在長江上游投放含鈧-46同位素的石英砂，然后用閃爍探測器進行跟蹤觀察，為長江口深水航道的治理與全天候深水航道的建設提供了重要技術數據，采用此項技術治理后，10萬噸貨輪可通過長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”
核能育種具體的過程究竟是怎樣的？我們來一起看看吧。
儀器發出的高能粒子穿過作物細胞，來到細胞核，與DNA的原子相互作用，使其化學鍵斷裂，或者與細胞的水分子相互作用，產生自由基，令細胞染色體受傷。植物細胞內部特定的“酶醫生”趕緊過來修復，有些斷裂好治療，連接上即可，有些則無法治愈。眾多“酶醫生”在有限的時間內會診，查閱資料或者依據經驗，商議的結果是：死馬就當活馬醫吧，于是錯誤的修復誕生。
不要小看這小小的錯誤，它可能讓植物無法恢復到原來的模樣，錯就錯下去吧，活著就好，于是突變的細胞誕生了。這些突變的細胞通過分裂增殖，形成了一群變異細胞，大家彼此扶持，共同發育成完整的植株，最終新的突變體誕生了。
與原來的品種相比，這些突變體可能個頭或高或矮、成熟期或早或晚、繁育后代或多或少等，其中出類拔萃的被人類挑選出來，就逐漸培養成為了新的品種，推向市場，為人類造福。
