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太空育种创造中药材种植神话

核心提示:中药材野生资源日益匮乏、质量不稳、种质退化混杂造成现实困扰,使人们把目光逐步转向太空。今年,寿仙谷药业的2个灵芝品种和3个铁皮石斛品种搭乘神舟九号进入太空,目前即将进入育种研究的下一个环节,这也是寿仙谷药业的第二次太空之旅。
中药材野生资源日益匮乏、质量不稳、种质退化混杂造成现实困扰,使人们把目光逐步转向太空。今年,寿仙谷药业的2个灵芝品种和3个铁皮石斛品种搭乘神舟九号进入太空,目前即将进入育种研究的下一个环节,这也是寿仙谷药业的第二次太空之旅。
太空育种是航天技术、生物技术与农业育种技术结合的产物,是综合了宇航、遗传、辐射、育种等跨学科的高新技术。迄今为止,我国已有包括中药在内的上千种植物种子、试管苗、生物菌种和材料先后乘坐15颗返回式卫星和7艘神舟飞船上天。
丹参、桔梗、灵芝、黄芩、铁皮石斛、甘草、穿心莲等中药通过航天搭载技术进入太空。
国家航天育种工程首席科学家、中国农科院作物科学研究所航天育种中心主任刘录祥在接受采访时表示:“太空搭载诱变与常规育种相结合,更能充分发挥航天育种的优势,促进品种培育,可以在中药材育种上发挥作用,支撑产业发展。然而,目前太空育种的机会十分有限,成本也比较高,中药材太空育种还有很长的路要走。”
太空育种获突破
航天搭载技术已让不少企业看到其中潜藏的商机。目前太空育种方面较引人注目的是天士力集团培育的太空丹参“天丹一号”。2008年9月,天士力将源自商洛的5克丹参种子,搭载神七飞船进入太空,2009年3月开始了第一代的繁育,获得变异材料144个植株。经过株系繁育,2010年7月获得第一批种子,太空丹参繁育进入到第二代,获得143个株系,共有1999株太空诱变丹参材料,有单株的重量达到1000g以上,为普通丹参的3倍。经过近两年一代和二代温室繁育,观察证明有大量遗传变异出现,有的植株丹参素含量最高达到2.48%。“天丹一号”现已通过省级中药材新品种鉴定。
早在2005年,寿仙谷药业对太空育种返回的灵芝和铁皮石斛种子进一步的研究和实验就已发现其抗虫害及抗病能力较高。
此外,2004年南京中科集团也曾利用长征二号运载火箭搭载6个口袋、12个试管、以亿为单位的上亿颗灵芝菌种进行太空实验。科学家们就搭载归来的上亿颗灵芝菌种进行不断观察筛选,发现太空灵芝新优菌种,从中提取出了抑制肿瘤更为集中有效的三萜成分。
太空育种的材料并不局限于种子,也可以应用于其他繁殖器官或组织直接获得或通过进一步处理,如试管苗、原球茎、植物愈伤组织材料等都可以送入太空进行诱变。然而,不同组织器官的种植技术会有所不同,可能需要摸索最优条件。
企业纷纷将目光投向太空,刘录祥认为,这可能有2方面原因:一方面企业真实地希望通过空间搭载药用植物获得改良的中药材新品种;但也不排除有些企业只是在借助‘航天育种’的概念造势,扩大影响力。对于前者建议按照科学严谨的育种程序进行;对于后者则绝不提倡。
机遇和风险并存
太空育种也称航天育种,是通过返回式卫星或飞船将植物种子带上太空,再利用空间环境辐射诱变的一种育种方式。
广东省农业科学院作物研究所邱博士介绍说,太空育种的特点主要是综合利用太空强辐射,微重力和高真空等环境因素诱发植物种子产生基因变异,具有有益变异多、变幅大、稳定好,以及高产、优质、早熟、抗病力强等特点。太空育种是当今世界农业领域中最尖端的科学技术课题之一,将这一崭新的技术应用于我国中药材新品种的选育,有望加快我国中药材品种选育进程,对我国中药材产业未来的发展具有积极的推动作用。
一直埋头于中药材育种试验研究的广州中医药大学中药资源科学与工程研究中心研究员何瑞也表示:“该新路径可产生多样化的诱变效果,获得优良新种质,也可以解决一些药材面临的资源严重短缺甚至濒危的困境,将从源头上推动中药材产业的良性发展。”
上述专家分析认为,对于主要农作物而言,大量经验数据表明空间诱变中有益突变的频率要比传统的核辐射诱变育种高,可以达到千分之几甚或百分之几,较普通诱变育种率高3~4倍,育种周期较杂交育种缩短约1倍,可由8年左右缩短至4年左右。
此外,太空育种在操作技术上也没有特别的难点。邱博士介绍说,只要送入太空的材料符合卫星上天的包装要求就可以。至于成本费用,各种植物之间差异很大,主要是按照包装体积收费,而不同植物种子(组织材料)的体积大小差别很大,比如花生种子与烟草种子,二者间大小的差异可能有几千倍至上万倍。从理论上来说,种子越小费用成本越低。
“然而,太空育种是人工诱变育种的一种新方法,所有人工诱变的发生均是随机的,目前还做不到定向诱变,太空育种的成功率随着物种的不同也会有很大差别。”刘录祥介绍说。他认为,我国中药材的遗传改良相对于主要农作物而言仍然十分滞后,技术方法也比较单一,因此目前还不好判断这是否能成为今后中药材培育的一个趋势。
事实上,目前育种方法有很多:自然选育,诱变育种,杂交育种和细胞融合等,太空育种属于诱变育种中的物理诱变育种。此外,基因工程育种、细胞工程育种等育种方法也值得企业关注,广州中医药大学黄琼林博士补充说。
安全性和药效是关键
而太空育种的安全性和药用有效成分是否会提高是业内普遍比较关心的问题。采访中,各位专家均指出,安全性可以得到保证。联合国国际粮农组织、国际卫生组织、国际原子能机构已经联合认定:太空种子是安全种子,太空种子培育出的农作物是健康食品。
邱博士分析说:“通过太空育种培育出来的中药材新品种和普通中药材没有什么区别,这种变异和自然界植物的自然变异一样,本质上只是加速了生物界需要几百年甚至上千年才能产生的自然变异。”
而转基因植物则是将外源基因导入植物体内而培育出的新品种,如转基因大豆是将非大豆植物甚至动物、微生物的基因导入而产生的变异。另外,太空中的辐射剂量还不到辐射育种辐射剂量的百分之一,远远低于国际食品安全辐射量,因此太空育种是安全的。
此外,人们利用太空技术进行中药材育种,很大程度上是想提高中药材的药用成分。邱博士表示,对于单一批次送入太空育种材料而言,会不会发生变异,发生的变异是不是人们期望的变异,这就是概率问题。
“以我们作物所送入太空的穿心莲种子为例,除了在株型、叶形方面发生一些变化之外,在穿心莲内酯总含量方面也发生了一些变化,有些品系穿心莲内酯总含量提高了1%左右,达到5%左右(中国药典2010版规定,总量不得少于0.80%。)。同时也有逆变的变异现象发生,如叶形变小了,内酯含量下降了等等。”
而何瑞则认为,太空育种使中药材在药用成分种类上的改变可能不会很大,但含量上面的改变需要关注,因为可能影响到中药材中不同成分之间的比例,因此安全性需要药理毒理试验的验证。
刘录祥进一步分析说,如果育种目标在于提高和改良现有中药材品种的功能成分含量及质量上,航天育种有可能发挥积极作用;但如果最终产品是草药(熬中药汤),一旦原有中药材品种通过航天诱变等使得其功能成分发生了显著变化,那么对于中药处方中的配方可能也需要适当调整(比如用量等)。而如何调整则需要更充分的论证。

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