太空“種菜”什么體驗(yàn)？神十四航天員告訴你

近日，神舟十四號(hào)航天員乘組帶來(lái)了最新在軌工作畫(huà)面，其中，航天員太空“種菜”的細(xì)節(jié)讓網(wǎng)友直呼“我的種菜DNA動(dòng)了”。

目前，神舟十四號(hào)航天員乘組在軌工作正有條不紊地展開(kāi)。除了利用核心艙內(nèi)的高微重力實(shí)驗(yàn)柜等繼續(xù)開(kāi)展科學(xué)實(shí)驗(yàn)，問(wèn)天艙內(nèi)，航天員在軌“種菜”開(kāi)展生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)太空環(huán)境中的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，探索其對(duì)動(dòng)植物生長(zhǎng)發(fā)育等各方面影響。

看到航天員在軌“種菜”的畫(huà)面，網(wǎng)友紛紛表示，“到哪兒都不忘種菜，實(shí)屬?lài)?guó)人的傳統(tǒng)藝能”。

從人類(lèi)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來(lái)，如何利用植物保障人類(lèi)在地外環(huán)境生存所需要的食物、氧氣和純凈水，成為空間生命科學(xué)最為關(guān)注的問(wèn)題。今天，帶你解密中國(guó)空間站問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙植物生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)，探索微重力條件下高等植物開(kāi)花調(diào)控的分子機(jī)理。

高桿水稻幼苗長(zhǎng)勢(shì)喜人

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(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的生命生態(tài)通用實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，并于7月29日啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

目前已成功啟動(dòng)了擬南芥和水稻的種子萌發(fā)，擬南芥幼苗已長(zhǎng)出葉子，高桿水稻幼苗已長(zhǎng)至30厘米左右高，矮桿水稻也有5～6厘米高（以9月初媒體報(bào)道計(jì)算），生長(zhǎng)狀態(tài)良好，后續(xù)將完成擬南芥和水稻在空間站從種子到種子全生命周期的實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)過(guò)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(zhǎng)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(lèi)作物，比如小麥、玉米等屬于禾本科。本項(xiàng)目主要研究空間微重力條件下，擬南芥和水稻的開(kāi)花調(diào)控的分子機(jī)理。

“開(kāi)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，要想真正解決人類(lèi)長(zhǎng)期空間探索的糧食保障問(wèn)題，不可能單純依靠從地球上攜帶糧食來(lái)滿(mǎn)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(wú)保護(hù)地生存，未來(lái)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)效率和低能源消耗的要求。

從種子到種子全生命周期的培養(yǎng)研究

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(kāi)花，來(lái)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(guò)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(kāi)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。

微重力怎樣影響開(kāi)花？微重力影響植物開(kāi)花的分子機(jī)理是什么？能否利用微重力環(huán)境作用來(lái)控制植物的開(kāi)花？這是本次項(xiàng)目聚焦的三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。圍繞這三個(gè)關(guān)鍵的科學(xué)問(wèn)題，通過(guò)分析比較微重力在植物開(kāi)花過(guò)程中的作用，獲取微重力調(diào)控開(kāi)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(kāi)花基因表達(dá)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及二者在植物對(duì)空間環(huán)境適應(yīng)性中的作用機(jī)理。

分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊表示，希望通過(guò)本次研究，在國(guó)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(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(guò)分析比較擬南芥和水稻兩種模式植物在空間環(huán)境中開(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)利用空間微重力環(huán)境資源提供理論依據(jù)。

為空間糧食作物生產(chǎn)提供指導(dǎo)

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(zhǎng)、開(kāi)花和產(chǎn)生種子，當(dāng)這些目標(biāo)實(shí)現(xiàn)后，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(kāi)花時(shí)間延遲、開(kāi)花數(shù)目少、種子結(jié)實(shí)率低和種子質(zhì)量下降等問(wèn)題仍然沒(méi)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(kāi)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)。

不積跬步無(wú)以至千里，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，中國(guó)空間植物培養(yǎng)技術(shù)會(huì)結(jié)出累累碩果，推動(dòng)中國(guó)載人航天邁向更遠(yuǎn)的深空。