一問(wèn)到底丨神十四乘組帶回植物種子 “太空植物”生長(zhǎng)有何奧秘？

12月4日20時(shí)09分，神舟十四號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸。隨艙下行的中國(guó)空間站第三批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品也在著陸場(chǎng)交付空間應(yīng)用系統(tǒng)，其中就包括經(jīng)歷了120天空間培育生長(zhǎng)、完成發(fā)育全過(guò)程的水稻和擬南芥種子。此次空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)，我國(guó)在國(guó)際上首次在軌完成了水稻從種子到種子的全生命周期培養(yǎng)，獲得了水稻種子。

在太空中生長(zhǎng)出來(lái)的水稻和地面上有啥不一樣？120天的空間培育，如何實(shí)現(xiàn)“從種子到種子”？這些樣本又是如何完好無(wú)損地帶回來(lái)的？這一成果將為進(jìn)一步開(kāi)發(fā)適應(yīng)空間環(huán)境的作物提供怎樣的依據(jù)？未來(lái)在空間站還將開(kāi)展哪些生命生態(tài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)？

我們先來(lái)看看此次空間項(xiàng)目主要都完成了哪些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容？

一共有三項(xiàng)，一是在軌完成了水稻從種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、抽穗和結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)并通過(guò)獲取圖像進(jìn)行分析。

二是完成了剪株后空間再生稻成功培育并結(jié)出了成熟的種子，也就是二茬

三是在軌完成擬南芥種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和不同三個(gè)生物鐘調(diào)控的開(kāi)花關(guān)鍵基因?qū)臻g微重力影響的圖像觀察分析并在軌采集了樣品。

微重力環(huán)境中生長(zhǎng)的水稻有啥不一樣？

在太空中生長(zhǎng)出來(lái)的水稻究竟是什么樣的？微重力環(huán)境中生長(zhǎng)的“太空水稻”和地面上的相比又有什么不一樣？

通過(guò)對(duì)空間獲取的圖像分析，并與地面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)照比較發(fā)現(xiàn)，空間微重力對(duì)水稻的多種農(nóng)藝性狀，包括株高、生長(zhǎng)速率、開(kāi)花時(shí)間、種子發(fā)育過(guò)程等多方面都會(huì)產(chǎn)生影響。例如，水稻的株型在空間變得更為松散、開(kāi)花時(shí)間比地面略有提前等。

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊：之前在回傳圖像上，看到一些現(xiàn)象。但是，現(xiàn)在回來(lái)以后更加真切地看到重力對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，一個(gè)是根的生長(zhǎng)方向，向下也有向上也有，向各個(gè)方向的生長(zhǎng)，重力定向向下生長(zhǎng)的這個(gè)在空間就消失了，所以看到莖上面長(zhǎng)了很多根，另外在莖的結(jié)上面還發(fā)出了很多其他的側(cè)枝，這在地面也是沒(méi)有的，所以看出來(lái)水稻形態(tài)跟地面有很大的差別。

如何在太空達(dá)成水稻全生命周期培養(yǎng)？

此前國(guó)際上在空間站只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥從種子到種子的培養(yǎng)，沒(méi)有達(dá)成水稻全生命周期的培養(yǎng)。而我國(guó)不僅達(dá)成了水稻“從種子到種子”全生命周期空間站培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，而且還收獲了再生稻，稻穗數(shù)目也超出了實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的預(yù)期。這樣的成果是如何實(shí)現(xiàn)的呢？

這兩種實(shí)驗(yàn)種子跟隨問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射升空后，從7月29日注入營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)?dòng)實(shí)驗(yàn)，到11月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn)，這一項(xiàng)目共在軌開(kāi)展實(shí)驗(yàn)達(dá)120天。水稻和擬南芥種子都完成了萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、開(kāi)花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)。

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊：升空之后，航天員就把這個(gè)實(shí)驗(yàn)單元安裝到問(wèn)天艙實(shí)驗(yàn)柜的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜里面，生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜可以給植物提供光照，保持溫度和濕度并進(jìn)行氣體控制。上天之前它是干種子，在空間站中有一部分種子是自動(dòng)澆水的，一部分是航天員給澆水的。通過(guò)澆水，種子發(fā)芽、生長(zhǎng)，然后再開(kāi)花、結(jié)籽，這兩種植物都完成了全生命周期的培育?？臻g環(huán)境對(duì)植物來(lái)講是巨大的逆境環(huán)境，因?yàn)樯际沁m應(yīng)地球重力的，沒(méi)有重力對(duì)植物來(lái)說(shuō)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)，植物跟人是一樣的。我們做了很多次試驗(yàn)，給種子提供合適的水分和營(yíng)養(yǎng)，在品種上進(jìn)行一些改造，控制生長(zhǎng)環(huán)境。例如，選用了對(duì)抗微重力比較厲害的、抗逆性和抗缺氧能力比較強(qiáng)的水稻品種。最重要的還是空間站的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜，為這次更新的植物培養(yǎng)技術(shù)提供了非常好的培養(yǎng)環(huán)境。

對(duì)水稻和擬南芥樣品將開(kāi)展哪些后續(xù)研究？

跟隨神十四乘組返回的水稻和擬南芥樣品已經(jīng)交付了科研機(jī)構(gòu)，那么下一步，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)又將如何針對(duì)這兩樣植物樣品開(kāi)展研究呢？

目前，返回水稻和擬南芥樣品一部分已做固定處理，水稻種子將帶回實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)培養(yǎng)。

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊：冷凍的植株，我們要進(jìn)行一些組學(xué)分析報(bào)告，它的轉(zhuǎn)錄組研究它的基因表達(dá)分析，還做一個(gè)蛋白質(zhì)組分析，這個(gè)蛋白質(zhì)它的變化，另外我們收到的這個(gè)種子，我們希望一方面能看到它后代的活力怎么樣，能不能萌發(fā)，另一方面也希望看到它的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有沒(méi)有什么變化，后續(xù)也要做進(jìn)一步分析。

如何讓植物在空間站里享受充足光照？

在空間站里種植植物，這些植物是如何得到充足的光照呢？此次開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)，植物是在問(wèn)天艙的實(shí)驗(yàn)柜里培養(yǎng)的，無(wú)法接受太陽(yáng)光的照射，但是實(shí)驗(yàn)柜里有人工光源，通過(guò)調(diào)控光源的強(qiáng)度和光譜，可以為植物提供充足的光照，滿(mǎn)足生長(zhǎng)發(fā)育的需求，同時(shí)科學(xué)家還可以根據(jù)不同植物生長(zhǎng)對(duì)光的不同要求，來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)的光照條件。

太空環(huán)境完成植物生命周期種植有何難點(diǎn)？

在太空實(shí)驗(yàn)空間完成對(duì)植物生長(zhǎng)周期所需要的環(huán)境控制，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)面臨的最大難題又是什么呢？

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊：要在非常狹小的這個(gè)空間，而且整個(gè)環(huán)境是人造環(huán)境，在人造環(huán)境里面把這個(gè)農(nóng)作物，給它完成整個(gè)全生命周期種植，是有非常大的難度的，保證每個(gè)發(fā)育階段都能通過(guò)，且能夠正常地生長(zhǎng)，這個(gè)是最大的難點(diǎn)，條件要求是非常苛刻的。

為何選擇擬南芥與水稻進(jìn)入空間站培植？

專(zhuān)家告訴我們，過(guò)去六十多年中，科學(xué)家們對(duì)于在空間種植和栽培植物進(jìn)行了大量研究，在各種空間飛行器中進(jìn)行了數(shù)十種植物的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。那么此次，為何要選擇擬南芥與水稻的種子，在問(wèn)天艙中進(jìn)行培植呢？

專(zhuān)家介紹，擬南芥代表蔬菜，水稻代表糧食作物，可為將來(lái)載人深空探測(cè)蔬菜和糧食生產(chǎn)提供理論支持。尤其是水稻，作為人類(lèi)主要的糧食作物，也是未來(lái)載人深空探測(cè)生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。而人類(lèi)要在太空長(zhǎng)期生存，就必須要保證植物能夠在太空完成世代交替，成功繁殖種子。實(shí)驗(yàn)選擇的水稻也是分為兩種，一種是高稈，一個(gè)是矮稈，專(zhuān)家表示，高稈和矮稈的糧食產(chǎn)量也有所不同。（來(lái)源：央視新聞客戶(hù)端）