神十四乘組帶回植物種子 “太空植物”生長有何奧秘？

一問到底丨神十四乘組帶回植物種子 “太空植物”生長有何奧秘？

12月4日20時09分，神舟十四號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸。隨艙下行的中國空間站第三批空間科學實驗樣品也在著陸場交付空間應用系統(tǒng)，其中就包括經(jīng)歷了120天空間培育生長、完成發(fā)育全過程的水稻和擬南芥種子。此次空間科學實驗，我國在國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。

在太空中生長出來的水稻和地面上有啥不一樣？120天的空間培育，如何實現(xiàn)“從種子到種子”？這些樣本又是如何完好無損地帶回來的？這一成果將為進一步開發(fā)適應空間環(huán)境的作物提供怎樣的依據(jù)？未來在空間站還將開展哪些生命生態(tài)科學實驗？

我們先來看看此次空間項目主要都完成了哪些實驗內(nèi)容？

一共有三項，一是在軌完成了水稻從種子萌發(fā)、幼苗生長、抽穗和結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實驗并通過獲取圖像進行分析。

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)、幼苗生長和不同三個生物鐘調(diào)控的開花關鍵基因?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)境中生長的水稻有啥不一樣？

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

通過對空間獲取的圖像分析，并與地面實驗進行對照比較發(fā)現(xiàn)，空間微重力對水稻的多種農(nóng)藝性狀，包括株高、生長速率、開花時間、種子發(fā)育過程等多方面都會產(chǎn)生影響。例如，水稻的株型在空間變得更為松散、開花時間比地面略有提前等。

中科院分子植物科學卓越創(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)在回來以后更加真切地看到重力對植物生長的影響，一個是根的生長方向，向下也有向上也有，向各個方向的生長，重力定向向下生長的這個在空間就消失了，所以看到莖上面長了很多根，另外在莖的結(jié)上面還發(fā)出了很多其他的側(cè)枝，這在地面也是沒有的，所以看出來水稻形態(tài)跟地面有很大的差別。

如何在太空達成水稻全生命周期培養(yǎng)？

此前國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)，沒有達成水稻全生命周期的培養(yǎng)。而我國不僅達成了水稻“從種子到種子”全生命周期空間站培養(yǎng)實驗，而且還收獲了再生稻，稻穗數(shù)目也超出了實驗團隊的預期。這樣的成果是如何實現(xiàn)的呢？

這兩種實驗種子跟隨問天實驗艙發(fā)射升空后，從7月29日注入營養(yǎng)液啟動實驗，到11月25日結(jié)束實驗，這一項目共在軌開展實驗達120天。水稻和擬南芥種子都完成了萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)。

中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊：升空之后，航天員就把這個實驗單元安裝到問天艙實驗柜的生命生態(tài)實驗柜里面，生命生態(tài)實驗柜可以給植物提供光照，保持溫度和濕度并進行氣體控制。上天之前它是干種子，在空間站中有一部分種子是自動澆水的，一部分是航天員給澆水的。通過澆水，種子發(fā)芽、生長，然后再開花、結(jié)籽，這兩種植物都完成了全生命周期的培育?？臻g環(huán)境對植物來講是巨大的逆境環(huán)境，因為生命都是適應地球重力的，沒有重力對植物來說是一個很大的挑戰(zhàn)，植物跟人是一樣的。我們做了很多次試驗，給種子提供合適的水分和營養(yǎng)，在品種上進行一些改造，控制生長環(huán)境。例如，選用了對抗微重力比較厲害的、抗逆性和抗缺氧能力比較強的水稻品種。最重要的還是空間站的生命生態(tài)實驗柜，為這次更新的植物培養(yǎng)技術提供了非常好的培養(yǎng)環(huán)境。

對水稻和擬南芥樣品將開展哪些后續(xù)研究？

跟隨神十四乘組返回的水稻和擬南芥樣品已經(jīng)交付了科研機構(gòu)，那么下一步，實驗團隊又將如何針對這兩樣植物樣品開展研究呢？

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

中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊：冷凍的植株，我們要進行一些組學分析報告，它的轉(zhuǎn)錄組研究它的基因表達分析，還做一個蛋白質(zhì)組分析，這個蛋白質(zhì)它的變化，另外我們收到的這個種子，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養(yǎng)物質(zhì)有沒有什么變化，后續(xù)也要做進一步分析。

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？此次開展的實驗，植物是在問天艙的實驗柜里培養(yǎng)的，無法接受太陽光的照射，但是實驗柜里有人工光源，通過調(diào)控光源的強度和光譜，可以為植物提供充足的光照，滿足生長發(fā)育的需求，同時科學家還可以根據(jù)不同植物生長對光的不同要求，來設計相應的光照條件。

太空環(huán)境完成植物生命周期種植有何難點？

在太空實驗空間完成對植物生長周期所需要的環(huán)境控制，實驗團隊面臨的最大難題又是什么呢？

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

為何選擇擬南芥與水稻進入空間站培植？

專家告訴我們，過去六十多年中，科學家們對于在空間種植和栽培植物進行了大量研究，在各種空間飛行器中進行了數(shù)十種植物的培養(yǎng)實驗。那么此次，為何要選擇擬南芥與水稻的種子，在問天艙中進行培植呢？

專家介紹，擬南芥代表蔬菜，水稻代表糧食作物，可為將來載人深空探測蔬菜和糧食生產(chǎn)提供理論支持。尤其是水稻，作為人類主要的糧食作物，也是未來載人深空探測生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。而人類要在太空長期生存，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。實驗選擇的水稻也是分為兩種，一種是高稈，一個是矮稈，專家表示，高稈和矮稈的糧食產(chǎn)量也有所不同。（來源：央視新聞客戶端）