中國空間站種的水稻效果如何？中科院團(tuán)隊(duì)揭秘稱幼苗長(zhǎng)勢(shì)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(shí)驗(yàn)艙搭載的擬南芥種子、水稻種子等實(shí)驗(yàn)樣品在軌已經(jīng)“滿月”，它們?cè)谔瘴⒅亓Νh(huán)境中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展、效果如何備受矚目。來自承擔(dān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的中國科學(xué)院(中科院)團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)出多片葉子，高稈水稻幼苗已長(zhǎng)高至30厘米左右，矮稈水稻也高5到6厘米，均長(zhǎng)勢(shì)良好。

微重力條件下擬南芥的生長(zhǎng)發(fā)育情況。　中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心 供圖

中科院科學(xué)傳播局當(dāng)天在北京、上海兩地通過線上線下相結(jié)合方式，組織中國載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)科研團(tuán)隊(duì)向媒體通報(bào)“載人航天工程空間應(yīng)用暨空間站高等植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)階段性進(jìn)展情況”。

種子太空萌發(fā)幼苗生長(zhǎng)狀態(tài)良好

中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心鄭慧瓊研究團(tuán)隊(duì)承擔(dān)“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。她介紹說，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)艙搭載有生命生態(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。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)。

目前，研究團(tuán)隊(duì)已成功啟動(dòng)中國空間站內(nèi)擬南芥和水稻的種子萌發(fā)，擬南芥幼苗已長(zhǎng)出多片葉子，高稈水稻幼苗已長(zhǎng)至30厘米左右高，矮稈水稻也有5-6厘米高，生長(zhǎng)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。

至于為什么選擇擬南芥和水稻作為本次空間實(shí)驗(yàn)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(zhǎng)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(zhǎng)發(fā)育情況。　中科院分子植物科學(xué)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(diào)控的分子機(jī)理”生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要研究空間微重力條件下，擬南芥和水稻的開花調(diào)控的分子機(jī)理?！伴_花”是植物結(jié)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(cè)的發(fā)展深入，比如登陸火星，要想真正解決人類長(zhǎng)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(zhǎng)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(yán)酷的太空環(huán)境條件下無保護(hù)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(jìn)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(zhì)、高生產(chǎn)效率和低能源消耗等要求。

她說，本次實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)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(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。

聚焦微重力與植物開花三大科學(xué)問題

鄭慧瓊透露，“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)目將聚焦三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題：微重力怎樣影響開花？微重力影響植物開花的分子機(jī)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(guān)鍵科學(xué)問題，研究團(tuán)隊(duì)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(diào)控開花的分子基礎(chǔ)與關(guān)鍵基因的表達(dá)變化，進(jìn)一步解析空間微重力條件下長(zhǎng)日和短日植物開花基因表達(dá)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，以及二者在植物對(duì)空間環(huán)境適應(yīng)性中的作用機(jī)理。

鄭慧瓊表示，希望通過本次研究，實(shí)現(xiàn)中國科學(xué)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(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(zhǎng)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)，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，解析空間微重力對(duì)于長(zhǎng)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)。

迫切需要研究太空植物發(fā)育調(diào)控機(jī)理

    鄭慧瓊稱，從20世紀(jì)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(xué)最為關(guān)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(biāo)，以人類長(zhǎng)期在太空生活必需的糧食生產(chǎn)為研究對(duì)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(shù)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(chǔ)的空間生物再生生命支持系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)人類長(zhǎng)期太空探索的目標(biāo)，已成為新的研究熱點(diǎn)。

　　在過去60多年中，科學(xué)家們對(duì)于在空間種植和栽培植物進(jìn)行大量研究，在各種空間飛行器中已進(jìn)行20多種植物的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。早期的空間植物培養(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(zhǎng)、開花和產(chǎn)生種子，如今這些目標(biāo)都一一實(shí)現(xiàn)。一些基本的空間植物生物學(xué)問題，如植物的向性生長(zhǎng)，根的形成、萌發(fā)，種子成分，基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)變化等，也在此過程得到較為深入的研究。

　　她認(rèn)為，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(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)。(完)