香港中文大学卓敏生命科学教授暨农业生物技术国家重点实验室主任林汉明日前接受香港文汇报等媒体访问时形容,农业科学家就是要「把论文写在土地上」,让研究成果能真正「落地」,提高农作物产能。随着国家航天科技发展,如今他的科研笔触,正开始划破天际。
投身大豆科研超过四分一世纪,林汉明领导中大团队多次在大豆相关基因研究取得重要突破;而在近日升空的「天舟六号」,更首次搭载团队研究的大豆根瘤菌(rhizobia),希望利用太空的特殊环境探索提高其固氮效率,进而维持土壤肥沃,创下香港农业科研先河。他形容,今次项目是国家最先进的航天科技,与最重要的粮食安全研究的结合,期望能借此为国家农业发展和人民福祉贡献香港科研力量,并成就香港作为国际创科中心的新里程。
是次项目由中大与华润科学技术研究院及航天神舟生物科技集团展开合作,在中国载人航天工程办公室支援下,林汉明团队所研究的大豆根瘤菌,5月10日晚搭载「天舟六号」货运飞船顺利到达「天宫」空间站,透过进行根瘤菌的舱内及舱外实验对比,了解在太空中重要共生菌的变化,从而筛选有应用前景的根瘤菌新菌株,提升固氮效率。
诱发遗传变化 创制优质品种
大豆与根瘤菌有着重要的共生关系,对中国以至全人类的粮食供应和环境发展都有深远影响。林汉明表示,为给大豆育种技术带来新突破,继今次的根瘤菌后,正计划下一步与内地伙伴合作,将团队研发的三个具备抗盐、抗旱、抗病特性的新大豆品种(陇黄1号至3号)带上太空6个月至8个月,希望在太空环境下诱发的基因及遗传变化,能创制出更优质的品种。
大豆是源自古代中国的重要农作物,已有五千年历史。林汉明指,现时全球约七成的植物蛋白和近三成的植物油来自大豆,其广泛用作人类粮食、动物饲料、工业以及医药生产原料,具备高营养及高经济价值。不过他直言,中国正面对较大的大豆生产挑战,由于优质耕地不足,大豆自给率自上世纪九十年代起逐渐下降,近年已跌至不足20%,变成依赖外国进口,有必要创造广适应、耐逆境和高产的新品种。
为此林汉明在过去逾25年一直醉心大豆研究,包括透过基因组测序研究,重新获得多项中国野生大豆的优良抗逆基因,实现「大豆回家」。其后团队又与甘肃省农科院教授张国宏合作研究,自主育成三款能耐盐耐旱的新大豆品种,并将这些两地科研合作成果无偿交予甘肃当地农民使用,在2016年至2022年累积种植面积超过83万亩,为当地新增净收益6,900万元人民币。
林汉明表示,国家航天科技发展正开拓愈来愈多的科学可能性,随着「天宫」空间站全面投入运作,航天任务会更频繁地恒常进行,让香港科研项目亦有机会参与航天育种的太空实验,将可为航天科技与农业技术结合揭开新篇。
他期望借着根瘤菌与大豆前往太空的「旅程」,以及后续的跟进研究,未来能筛选出有应用前景的大豆新品种,提升大豆的生产能力,丰富国家战略性农业种质资源,裨益农民以及广大百姓。
林汉明又认为,「天舟六号」搭载的不只是农业项目,更是香港科研的希望,团队希望能通过天上与地下的结合,融合先进科技与传统智慧,向全球展示香港的科研力量。
他强调,粮食及土壤营养问题是全人类面对的挑战,团队近年已与南非等地开展相关合作,若果他朝从「天宫」回来的大豆和根瘤菌,能在世界不同角落有需要的土地上种出成果,更将是香港科研「立足香港,背靠祖国,走向世界」的明证。
太空环境特殊 物理诱变育种
航天育种是一种物理诱变育种手段,生物自身的基因组序列在太空条件下改变,没有外源基因的导入,变异率高,可在相对较短时间内创制出具有自主知识产权的优良种质资源,快速培育优良遗传材料。
林汉明表示,在太空中包括宇宙射线、微重力、高真空等环境条件,都可对生物产生特殊作用,能促使包括根瘤菌以及未来有机会送上空间站的大豆种子基因变异,进而影响根瘤菌固氮效率及大豆的生长表现。
对于科研团队来说,升空归来后将有连串研究工作,例如待根瘤菌重返回地面,研究人员需要分析根瘤菌的生理表现和遗传特性,还将测试大豆与根瘤菌间的生物间相互作用;到未来下一阶段大豆种子返航后,团队也会对其进行精密基因组检测、生态适应测试、品种综合评价,并全面分析表征变化,借以了解大豆种子在太空环境下的诱变机理,期望为农业技术创新带来新突破。
林汉明提到,因应国家航天任务为航天育种带来新的可能性,中大的农业科研团队已开始着手设计能充分利用太空环境的实验,希望未来能获选用,再配合国家开放从香港选拔航天载荷专家,「对我来说,能在中国空间站,让香港的太空人进行香港设计的实验,就是完美的故事!我相信不久将来可以梦想成真。」