中國空間站種的水稻效果如何？中科院團隊揭秘稱幼苗長勢良好

中新網(wǎng)北京8月29日電 (記者 孫自法 鄭瑩瑩)中國空間站問天實驗艙搭載的擬南芥種子、水稻種子等實驗樣品在軌已經(jīng)“滿月”，它們在太空微重力環(huán)境中的實驗進展、效果如何備受矚目。來自承擔實驗項目的中國科學院(中科院)團隊29日透露，擬南芥和水稻的種子已在中國空間站里成功萌發(fā)，其中，擬南芥幼苗已長出多片葉子，高稈水稻幼苗已長高至30厘米左右，矮稈水稻也高5到6厘米，均長勢良好。

微重力條件下擬南芥的生長發(fā)育情況?！≈锌圃悍肿又参锟茖W卓越創(chuàng)新中心 供圖

中科院科學傳播局當天在北京、上海兩地通過線上線下相結合方式，組織中國載人航天工程空間應用系統(tǒng)科研團隊向媒體通報“載人航天工程空間應用暨空間站高等植物培養(yǎng)實驗階段性進展情況”。

種子太空萌發(fā)幼苗生長狀態(tài)良好

中科院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心鄭慧瓊研究團隊承擔“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”生命科學實驗項目。她介紹說，7月24日，中國空間站問天實驗艙成功發(fā)射并與天和核心艙交會對接，問天實驗艙搭載有生命生態(tài)實驗柜、生物技術實驗柜等科學實驗柜。7月28日，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元，由航天員安裝至問天實驗艙的生命生態(tài)通用實驗模塊中，通過地面程序注入指令于7月29日啟動實驗。

目前，研究團隊已成功啟動中國空間站內擬南芥和水稻的種子萌發(fā)，擬南芥幼苗已長出多片葉子，高稈水稻幼苗已長至30厘米左右高，矮稈水稻也有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”全生命周期的實驗，并在實驗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行分析。

至于為什么選擇擬南芥和水稻作為本次空間實驗樣品，鄭慧瓊指出，擬南芥和水稻是兩種模式植物，具有代表性：擬南芥代表雙子葉、長日、十字花科植物，很多蔬菜，如青菜、油菜等都屬于十字花科；水稻則代表單子葉、短日、禾本科植物，很多糧食類作物，如小麥、玉米等屬于禾本科。

微重力條件下水稻的生長發(fā)育情況?！≈锌圃悍肿又参锟茖W卓越創(chuàng)新中心 供圖

為何要開展太空種植農(nóng)作物研究

鄭慧瓊研究員指出，“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”生命科學實驗項目主要研究空間微重力條件下，擬南芥和水稻的開花調控的分子機理。“開花”是植物結出新一代種子的前提。農(nóng)作物的種子既是糧食，也是繁殖下一代的載體。隨著載人深空探測的發(fā)展深入，比如登陸火星，要想真正解決人類長期空間探索的糧食保障問題，不可能單純依靠從地球上攜帶糧食來滿足航天員長期的空間生活和工作需求，必須要解決在空間生產(chǎn)糧食這一難題。由于地球生命不可能在嚴酷的太空環(huán)境條件下無保護生存，未來的太空作物生產(chǎn)必須要在完全封閉的人造環(huán)境中進行，種植空間和能源供給都十分稀缺。因此，太空種植的農(nóng)作物必須具備高產(chǎn)優(yōu)質、高生產(chǎn)效率和低能源消耗等要求。

她說，本次實驗的目標是完成擬南芥和水稻在中國空間站“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，鑒定空間微重力調控植物開花的關鍵樞紐基因并對其進行功能驗證，為下一步構建適應空間微重力環(huán)境的高產(chǎn)優(yōu)質農(nóng)作物提供分子元件。

聚焦微重力與植物開花三大科學問題

鄭慧瓊透露，“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”生命科學實驗項目將聚焦三個關鍵科學問題：微重力怎樣影響開花？微重力影響植物開花的分子機理是什么？能否利用微重力環(huán)境作用來控制植物的開花？

圍繞這三大關鍵科學問題，研究團隊將通過分析比較微重力在植物開花過程中的作用，獲取微重力調控開花的分子基礎與關鍵基因的表達變化，進一步解析空間微重力條件下長日和短日植物開花基因表達的調控網(wǎng)絡，以及二者在植物對空間環(huán)境適應性中的作用機理。

鄭慧瓊表示，希望通過本次研究，實現(xiàn)中國科學家在國際上率先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)實驗，并獲得水稻培養(yǎng)的關鍵環(huán)境參數(shù)，為進一步解析空間微重力對水稻生長發(fā)育的影響及分子基礎，利用水稻進行空間糧食生產(chǎn)提供重要理論指導。

同時，通過轉錄組分析比較擬南芥和水稻兩種模式植物在空間環(huán)境中開花途徑關鍵基因的表達及其調控網(wǎng)絡的變化，解析空間微重力對于長日和短日植物開花的分子機理，為進一步創(chuàng)制適應空間環(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)。

迫切需要研究太空植物發(fā)育調控機理

    鄭慧瓊稱，從20世紀50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，成為空間生命科學最為關注的問題。近十多年來，隨著重返月球、登陸火星、建立月球或火星基地成為人類空間探索的重要目標，以人類長期在太空生活必需的糧食生產(chǎn)為研究對象，通過研究在完全封閉太空條件下如何培養(yǎng)或栽培植物，探索作物在太空環(huán)境中高效生產(chǎn)所需要的條件因素和技術途徑，篩選和創(chuàng)建適合太空生產(chǎn)的農(nóng)作物新品種等途徑，建立以植物為基礎的空間生物再生生命支持系統(tǒng)，最終實現(xiàn)人類長期太空探索的目標，已成為新的研究熱點。

　　在過去60多年中，科學家們對于在空間種植和栽培植物進行大量研究，在各種空間飛行器中已進行20多種植物的培養(yǎng)實驗。早期的空間植物培養(yǎng)實驗主要目標是如何在空間環(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，如今這些目標都一一實現(xiàn)。一些基本的空間植物生物學問題，如植物的向性生長，根的形成、萌發(fā)，種子成分，基因和蛋白質的表達變化等，也在此過程得到較為深入的研究。

　　她認為，目前，科學家們的研究重點逐漸由對植物幼苗階段的研究擴展至種子生產(chǎn)研究。但此前只有油菜、小麥和豌豆少數(shù)幾種作物在空間完成“從種子到種子”的實驗。同時，在空間條件下，植物開花時間延遲、開花數(shù)目少、種子結實率低和種子質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)育的關鍵環(huán)節(jié)開花的調控機理，為改進空間植物培養(yǎng)技術和探索更多的適應空間生命保障要求的糧食作物生產(chǎn)提供指導。(完)