擬南芥和水稻種子，在中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙，成功萌發(fā)，長出了幼苗，也讓中國科學(xué)家對(duì)于太空種植有了新希望。

2022年7月24日，中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射并與天和核心艙交會(huì)對(duì)接，問天實(shí)驗(yàn)艙搭載了生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜等科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(以下簡稱“分子植物卓越中心”)鄭慧瓊研究團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理”生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

7月28日，載有實(shí)驗(yàn)樣品擬南芥種子和水稻種子的實(shí)驗(yàn)單元，由航天員安裝至問天實(shí)驗(yàn)艙的生命生態(tài)通用實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，通過地面程序注入指令于7月29日啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。這也是國際上首次對(duì)水稻在空間站從種子到種子全生命周期的培養(yǎng)研究。

(資料圖片)

擬南芥幼苗已長出四片葉子。本文均為中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心供圖

高桿水稻幼苗已長至30厘米左右高，矮桿水稻也有5-6厘米高。

目前，空間站已成功啟動(dòng)了擬南芥和水稻的種子萌發(fā)，擬南芥幼苗已長出四片葉子，高桿水稻幼苗已長至30厘米左右高，矮桿水稻也有5-6厘米高，生長狀態(tài)良好，后續(xù)將完成擬南芥和水稻在空間從種子到種子全生命周期的實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)過程中由航天員采集樣品、冷凍保存，最終隨航天員返回地面進(jìn)行分析。

本次空間實(shí)驗(yàn)樣品擬南芥和水稻是兩種模式植物。

擬南芥代表雙子葉、長日、十字花科植物， 很多蔬菜，比如青菜、油菜等都屬于十字花科。而水稻代表單子葉、短日、禾本科植物，很多糧食類作物，比如小麥、玉米等屬于禾本科。

空間站里的水稻長什么樣？

記者在研究員提供好的圖片中發(fā)現(xiàn)，比起在地球上受重力影響長出的水稻苗，空間站內(nèi)的矮株水稻在微重力情況下失去了“筆直的身姿”，變得有些軟趴，和高株水稻則更為雜亂一些。

微重力條件下水稻的生長發(fā)育情況組圖

微重力情況下擬南芥的生長發(fā)育情況組圖

本次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)是完成擬南芥和水稻在空間站從種子到種子全生命周期的培養(yǎng)研究，探索利用空間環(huán)境因素控制植物的開花，來實(shí)現(xiàn)在較小的封閉空間中植物生產(chǎn)效率最大化的可能途徑，同時(shí)通過航天員在軌采集樣品，冷凍保存返回分析，鑒定空間微重力調(diào)控植物開花的關(guān)鍵樞紐基因并對(duì)其進(jìn)行功能驗(yàn)證，為下一步構(gòu)建適應(yīng)空間微重力環(huán)境的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)農(nóng)作物提供分子元件。

實(shí)際上，從二十世紀(jì)五十年代人類發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，如何利用植物保障人類在地外環(huán)境中生存所需要的食物、氧氣和純凈水，成為空間生命科學(xué)最為關(guān)注的問題。

在過去六十多年中，科學(xué)家們對(duì)于在空間種植和栽培植物進(jìn)行了大量的研究，在各種空間飛行器中進(jìn)行了20多種植物的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。早期人們的空間植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)主要目標(biāo)是如何在空間環(huán)境中養(yǎng)活植物，使其能夠萌發(fā)、生長、開花和產(chǎn)生種子，如今這些目標(biāo)都一一實(shí)現(xiàn)了。

目前科學(xué)家們的研究重點(diǎn)逐漸由對(duì)植物幼苗階段的研究擴(kuò)展至種子生產(chǎn)研究。但是，目前只有油菜、小麥和豌豆少數(shù)幾種作物在空間完成了從種子到種子的實(shí)驗(yàn)。

同時(shí)，在空間條件下，植物開花時(shí)間延遲、開花數(shù)目少、種子結(jié)實(shí)率低和種子質(zhì)量下降等問題仍然沒有克服。

因此，迫切需要研究如何控制植物發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)開花的調(diào)控機(jī)理，為改進(jìn)空間植物培養(yǎng)技術(shù)和探索更多的適應(yīng)空間生命保障要求的糧食作物生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

鄭慧瓊表示，希望通過本次研究，在國際上首次完成空間微重力條件下水稻從“種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，并獲得水稻培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，為進(jìn)一步解析空間微重力對(duì)水稻生長發(fā)育的影響及分子基礎(chǔ)，利用水稻進(jìn)行空間糧食生產(chǎn)提供重要理論指導(dǎo)。

同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)希望通過轉(zhuǎn)錄組分析比較擬南芥和水稻兩種模式植物在空間環(huán)境中開花途徑關(guān)鍵基因的表達(dá)及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的變化，可以解析空間微重力對(duì)于長日和短日植物開花的分子機(jī)理，為進(jìn)一步創(chuàng)制適應(yīng)空間環(huán)境的作物和開發(fā)利用空間微重力環(huán)境資源提供理論依據(jù)。

標(biāo)簽： 生命周期 中國空間站 生長發(fā)育