宇宙育種の秘密を解明：幸運にも種子が宇宙粒子に衝突すると…

宇宙に行った種子は何が違うのでしょうか?宇宙で育てられた農産物は安全に食べられるのでしょうか？最終的な目標は火星でジャガイモを育てることですか?国家宇宙繁殖プロジェクトの主任科学者、劉陸氏がその秘密を明かす>>

文：Lv Bingxin記者 編集：Ji Jingjing

ニューメディア編集者/李雲鋒

写真は劉露祥氏提供（署名のあるものを除く）

専門家へのインタビュー

劉 陸祥（中国農業科学院作物科学研究所副所長、国家小麦産業技術部主任科学者、国家宇宙育種プロジェクト主任科学者、国家作物宇宙変異技術改善センター所長）

最近、神舟13号の乗組員は183日間の宇宙ミッションを終えて無事に地球に帰還した。 ３人の宇宙飛行士も１万２０００個の種子を持ち帰った。

宇宙旅行になぜそんなにたくさんの種を持っていくのでしょうか?幸運にも宇宙の粒子に当たった種子が「あらゆる障害を克服」して新しい品種に育種されるまで。農業生産に役立つ遺伝資源の革新から人々の食卓を豊かにすることまで、宇宙育種はどのような役割を果たしてきたのでしょうか?

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幸運な宇宙粒子に当たった種子

「食は国民の第一の必需品である」という言葉は、人々の生活における食の重要性を説明するときによく使われます。現在、「食」は航空宇宙育種によって新たな意味合いを帯びるようになりました。

宇宙育種は、宇宙突然変異育種とも呼ばれ、宇宙線、微小重力、高真空などの宇宙の特殊な環境の複合的な突然変異誘発効果を利用して、帰還する宇宙船または宇宙カプセルに作物の種子または試験管の苗を配置するプロセスです。その後、種子は土地に戻され、科学研究者によって何世代にもわたって選別、栽培され、安定した特性を持つ新しい品種が形成されます。

宇宙飛行士と同じように、種子も宇宙に送り出される前に慎重に選別され、条件を満たしたものだけが「入場券」を受け取ることができる。劉露祥氏は、宇宙に送ることができる種子は、優れた総合的特性、一貫した遺伝的安定性、強い生命力、高い発芽率を備えていなければならないと紹介した。

また、種子の突然変異は空に飛ばされた後にランダムに発生するため、育種家は事前に選抜対象を明確に特定する必要があります。たとえば、既存の種子品種は全体的なパフォーマンスは良好ですが、植物が高すぎて倒れやすく、収穫量が減少するという欠点があります。したがって、既存の種子のこのバッチを宇宙突然変異誘発にかけた後、より短い植物を栽培用に選択することができます。

▲宇宙突然変異育種技術のプロセス。 （写真提供：ファーマーズ・デイリー）

では、種は空に上がった後、どのような変化が起こるのでしょうか？どのシードが変更されたかはどうやってわかりますか?

劉露祥氏は、種子は宇宙を旅した後に一連の変化を経験するだろうと述べた。例えば、宇宙飛行後、小麦の苗の成長は著しく加速されますが、宇宙から帰還した後、ソルガムの苗の成長は著しく抑制されます。 「しかし、すべての種子が変化するわけではない。数千分の一、あるいは一万分の一しか変化しないかもしれない」と劉露祥氏は語った。

2006年、わが国初の宇宙繁殖衛星「8号」には、大量の種子だけでなく、宇宙環境を探査するための一連の特殊装置も搭載されました。その中には、種子が宇宙粒子に衝突したかどうかを検出できる核追跡プレートという特別な装置一式が含まれていた。劉露祥氏は、核トラックプレートは「サンドイッチ」構造になっており、中央にシードがあり、両側に核ラテックス材料があると紹介した。宇宙空間を経て地上に戻った後、核軌道プレートを取り出して種子を判別するテストを行うことができます。

「顕微鏡で感光フィルムを調べると、いくつかの種子に『魚雷』のような明るい点が現れる。」劉露祥氏は、種子が偶然に宇宙粒子に衝突したことは確かだと述べた。

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「九十九八十一難」を経験する

中国農業科学院作物科学研究所のロビーには、透明な瓶に入った宇宙の種子が並んで展示されている。緑源502号、杭麦247号、杭麦501号などの小麦品種、中緑12号、中緑13号などの「中緑」緑豆品種など、あらゆる種類の農産物が揃っています。

▲ハンマイ247の耳のクローズアップ

「これらは宇宙での突然変異誘発や従来の育種との組み合わせによって育種された新しい品種です」と劉露祥氏は紹介した。同時に、宇宙に行ったものはすべて宇宙種子であると誤解している人が多いが、そうではないと明言した。 「宇宙に行くのは第一歩に過ぎません。種子の遺伝子が変化したかどうか、遺伝子が変化した優れた突然変異植物が「幸運にも」選抜されるかどうかを観察し、その後、繁殖、多点試験などを経て、最終的に作物品種承認委員会の承認を通過できるものが宇宙種子と呼ばれるのです。」

劉露祥氏は、より成熟した品種を栽培するには少なくとも8年から10年はかかるだろうと語った。まず、ブリーダーは、変異体のスクリーニング、安定化、比較という 4 ～ 5 年のプロセスを経ます。その後、4～5年間の規定措置があり、2年間連続して品種比較テストを実施し、合格した場合は2年間の品種地域テストと1年間の生産テストにアップグレードします。

長い繁殖プロセスの間、いずれかのリンクに問題が発生すると、これまでの努力がすべて無駄になる可能性があります。劉露祥は、ある年に特別な病気が発生し、これまでの努力がすべて無駄になるかもしれないと言った。 「品種改良は非常に難しい。収穫量、耐性、品質、市場価値など、あらゆる面でテストに合格しなければなりません。試験中に多数の品種が排除されることもあります。品種承認に合格したものだけが宇宙種子と呼ばれ、その割合はごくわずかです。」

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宇宙で育てられた農産物は食べても安全

あらゆる困難を乗り越えて初めて、宇宙の種子は一般の人々の食卓に届くのです。石臼ほどの大きさのカボチャ、拳よりも大きなピーマン、倒伏しにくい宇宙小麦、大きくて甘い宇宙イチゴ、ビタミン含有量の多いピーマンなど、中国人の味覚を大いに豊かにしてきました。 「宇宙種子を栽培する際、育種家は収穫量を追求するだけでなく、品質や栄養の向上といった優れた特性にも注意を払っている」と劉露祥氏は語った。

▲宇宙誘導突然変異育種法で育成された中国初のピーマン新品種

宇宙で栽培された農産物の安全性は保証されるのかと心配する人もいる。宇宙放射線は残留しているのでしょうか？

これに対し、劉露祥氏は、1996年にこの問題について具体的に実験検証を行ったと述べた。わが国の17番目の回収型衛星に搭載された小麦の種子は、専門的な機器と設備を使用して48時間連続で検査された。結果は、地上の対照群と比較して、宇宙を飛んだ種子では放射性成分が増加しなかったことを示した。つまり、宇宙での突然変異は、自然界で数十億年かけて起こる自然進化の突然変異のプロセスと本質的に同じであり、安全に摂取できるのです。

▲玉帆1号トマトは中国で宇宙誘導突然変異育種によって育成された最初のトマト新品種である

同様に、地上での宇宙突然変異誘発や核放射線突然変異誘発を模擬した技術を使用して育成された農産物も、安心して食べることができます。宇宙実験の機会が限られているため、宇宙育種の限界を補い、年間複数回の実験で新品種の育種を実現するために、育種家は地上で高エネルギー加速器と核放射線技術を使用して種子の突然変異誘発を行っています。

劉露祥氏は「これにより、より多くの実験を実施し、より大量の種子を処理し、継続的な改善を行う機会が得られる」と語った。近年、劉露祥氏は国家共同研究チームを率いて、これらの新技術を活用し、穀物、油糧作物、野菜、綿花などの一連の新品種を栽培している。「これらはすべて安全に楽しめるもの」だ。

（インターネットからの写真）

また、宇宙繁殖と遺伝子組み換えの関係を区別できない人もいます。劉露祥氏は、遺伝子組み換えとは、特定の優れた形質を持つ遺伝子を人工的に植物に導入し、植物の全体的な形質を変えることだと説明した。これは現在、世界で最も最先端の生物育種技術の一つとなっています。宇宙育種は、宇宙環境を利用して種子自体の遺伝子変異を加速させ、範囲を拡大し、頻度を高めます。

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農業生産に役立つ豊富な遺伝資源を創出する

実際、宇宙での繁殖は人々の食卓だけでなく、国の食糧安全保障にも関係しています。種子は農業近代化の基盤です。種子は農業の「チップ」です。現在、わが国の農業育種は、独立した知的財産権を持つ遺伝資源の不足という問題に直面しており、これが農業経済の急速な発展を深刻に制限しています。宇宙育種は、航空宇宙技術、バイオテクノロジー、農業育種技術を融合した新たなハイテク育種手法として、遺伝資源の革新と「中国の種子の保持」において重要な役割を果たしている。

従来の地上での突然変異誘発育種と比較して、空中育種には、突然変異が多く、バリエーションが大きく、安定化が早いという利点があります。これは、高収量、高品質、早生、病気に強い作物の新しい品種や新しい遺伝資源を栽培する新しい方法です。宇宙突然変異誘発により、作物種子の突然変異プロセスが加速され、育種サイクルが短縮され、育種材料が豊かになります。

1987年、我が国の9番目の回収可能な科学実験衛星が、初めて農作物の種子を遠い宇宙に送りました。実験中、科学者たちは偶然、宇宙に送られたごく少数の種子に遺伝子変異が起こっていることを発見し、宇宙育種への道が開かれた。中国宇宙科学院航空生物学グループの元主任エンジニア兼会長である趙慧氏は、衛星を打ち上げる際には衛星の重心が垂直である必要があるとかつて紹介した。この問題を解決するには、衛星にカウンターウェイトを追加する必要があります。衛星のカウンターウェイトを、実験装置など目的を持った同じ重さと体積のものに置き換えれば、宇宙資源を有効活用できる。実際、宇宙輸送はこのアイデアから生まれました。

2006年、劉露祥は国家宇宙増殖工学プロジェクトの主任科学者として、わが国のみならず世界でも唯一の増殖衛星「実践8号」の主要な増殖作業を担当しました。 「第8号実験室」には、米、小麦、トウモロコシ、綿、麻繊維、油料作物、​​野菜作物、林業、果樹、微生物株、小粒穀物など2,000種以上、約208キログラムの種子材料が搭載されており、我が国の育種研究活動に豊富な資源を提供しています。

我が国は、1987年から現在に至るまで、回収型衛星や神舟宇宙船などの宇宙船を用いて、30年以上にわたり探査と体系的な研究を行ってきました。宇宙育種は国際的に主導的な地位を占めており、非常に重要な成果を達成し、約300種類の新しい品種を育種し、多大な社会的、経済的利益を生み出しています。

「普及と応用の面では、宇宙突然変異誘発技術、あるいは宇宙突然変異誘発と他の育種技術の組み合わせによって育成された新品種は約3000万から5000万ムーある。1ムーあたり平均20キロの増加に基づいて計算すると、穀物生産の増加によって生み出される社会的、経済的利益は非常に大きい」と劉露祥氏は記者団に誇らしげに紹介した。

宇宙育種の産業化という点では、劉露祥氏は、これは他の育種方法を用いた新品種の栽培の産業化とそれほど変わらないはずだと考えている。最も重要な課題は、品種の特性を整理し、適した地域に優れた品種と優れた方法を組み合わせ、地域の振興と利益を最大化することです。

▲陸源502単株

現在、わが国で航空宇宙育種の推進面積が最も大きい小麦品種は、山東省農業科学院の劉露祥氏チームと李新華氏チームが共同で育成した「陸源502」である。優れた高収量性、安定した収量性、幅広い適応性により、2018年の普及・応用面積は2000万ムーを超え、国内で2番目に大きな品種となった。収量増加効果は非常に顕著であり、2019年に国家科学技術進歩賞の2等賞を受賞しました。

「農家が緑園502小麦の栽培を選択すれば、同じ面積、同じ投入量で収穫量と利益が効果的に向上するだろう」と劉露祥氏は述べた。

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究極の目標は火星でジャガイモを育てること？

宇宙育種の最終目標は地球上ではなく、「火星でジャガイモを育てる」という願望を実現することだと言われています。

これに対して劉露祥氏は、「火星でジャガイモを栽培する」ことと宇宙での繁殖は実際には2つの異なる目標と方向性であると述べた。宇宙育種は、宇宙環境を利用して種子の突然変異を誘発し、地上の人類に役立てるために、収穫量が多く、品質が良く、ストレスに対する耐性が強い作物の品種を栽培することを目的としています。一方、「火星でジャガイモを育てる」ことは、人類が深宇宙への夢を追い求め、将来の宇宙での長期居住と科学技術生活の主導権を握るための宇宙生活支援システムを提供します。

実際、1950年代後半から1960年代初頭にかけて、ソ連とアメリカの科学者たちはさまざまな宇宙船を使って何百もの植物に関する実験を始めていました。彼らの中には、宇宙で一生を終え、新鮮な食糧を生産したものもいた。 2021年10月29日、国際宇宙ステーションの宇宙飛行士たちは、4か月の成長サイクルを持つ宇宙ピーマンを試食し、自ら宇宙トルティーヤを作りました。残りの唐辛子は研究のために地球に持ち帰られました。これは国際宇宙ステーションにおけるこれまでの最も複雑な植物実験の一つであると報告されており、微小重力環境で果物や野菜を育てるという課題を克服することは長期の宇宙ミッションにとって非常に重要である。

趙慧氏はかつて、我が国は有人宇宙プロジェクトや深宇宙探査計画を実施する一方で、宇宙環境における地上の高等植物の成長と発達の研究を開始し、制御された宇宙生態系を構築し、人々が宇宙環境で酸素、水、食料源を確保できるようにしていると述べた。その中で、「天宮2号」実験室では、宇宙飛行士が緑のレタスの栽培に成功した。

2022年は我が国の宇宙ステーション建設における決戦と勝利の年です。中国有人宇宙工程弁公室によると、中国の宇宙ステーションは今年中に軌道上での建設を完了する予定だ。現在、宇宙ステーション建設段階における2回の有人飛行ミッションの宇宙飛行士乗組員が選定されています。将来的には、中国の宇宙ステーションには長期間にわたり人が住み、生活し、仕事をし、さらに多くの科学研究が行われることになるだろう。

「火星ジャガイモ」にしろ「宇宙種子」にしろ、航空宇宙育種技術はより高品質、より高いレベルへと進んでいます。他の育種技術と組み合わせることで、我が国の「農業の核心」を強化し、優れた「中国の種子」を作り、「中国の穀物」の新たな奇跡を生み出すでしょう。

制作：サイエンス・セントラル・キッチン

制作：北京科学技術ニュース |北京科学技術メディア

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