120天，水稻種子在空間站“變身”

樊巍

據(jù)中國(guó)載人航天工程辦公室消息，北京時(shí)間12月4日20時(shí)09分，神舟十四號(hào)載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場(chǎng)成功著陸?！董h(huán)球時(shí)報(bào)》記者5日從中國(guó)科學(xué)院獲悉，隨返回艙下行的載人空間站第三批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品4日在著陸場(chǎng)交付空間應(yīng)用系統(tǒng)，并于5日凌晨返回北京，經(jīng)空間應(yīng)用系統(tǒng)總體與相關(guān)實(shí)驗(yàn)人員檢查后，確認(rèn)返回實(shí)驗(yàn)樣品完好后，目前順利交接相關(guān)實(shí)驗(yàn)科學(xué)家。

全球首次在軌獲得

據(jù)《環(huán)球時(shí)報(bào)》記者了解，返回的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品中包括此前長(zhǎng)勢(shì)喜人的水稻和擬南芥的實(shí)驗(yàn)樣品。這兩種植物的種子在太空中經(jīng)歷了120天的空間培育生長(zhǎng)，完成了從種子到種子發(fā)育的全過(guò)程，其中，所收獲的水稻種子是國(guó)際上首次在軌獲得的水稻種子。

水稻作為人類(lèi)主要的糧食作物，養(yǎng)活了世界上近一半的人口，被認(rèn)為是未來(lái)載人深空探測(cè)生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。種子既是人類(lèi)的糧食，也是繁殖下一代植物的載體，人類(lèi)要在空間長(zhǎng)期生存，就必須要保證植物能夠在空間完成世代交替。成功繁殖種子。利用空間微重力進(jìn)行水稻育種是空間*宜物學(xué)研究的重要方向之一。但在此之前，國(guó)際上在空間環(huán)境中只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥從種子到種子的培養(yǎng)。主要糧食作物水稻，此前沒(méi)有能夠在空間完成全生命周期的培養(yǎng)。

在我國(guó)空間站生命科學(xué)項(xiàng)目中，中國(guó)科學(xué)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)了“微重力條件下高等植物開(kāi)花調(diào)控的分子機(jī)理”項(xiàng)目，在國(guó)際上首次開(kāi)展了水稻從種子到種子全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還利用模式植物擬南芥，系統(tǒng)地研究了空間微重力對(duì)植物開(kāi)花的影響。

農(nóng)藝性狀發(fā)生多種變化

從2022年7月29日注入營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)?dòng)實(shí)驗(yàn)，至11月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn)，該項(xiàng)目共在軌開(kāi)展實(shí)驗(yàn)120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、開(kāi)花結(jié)籽舍生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。其間航天員在狗進(jìn)行3次樣品采集，包括9月21日孕穗期水稻樣品采集，10月12日擬南芥開(kāi)花期樣品采集和11月25日水稻及擬南芥種子成熟期樣品采集。

采集后，開(kāi)花或孕穗期樣品保存于零下80攝氏度低溫存儲(chǔ)柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲(chǔ)柜，樣品于12月4日隨神舟十四號(hào)返回地面。

本次空間項(xiàng)目主要完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括在軌完成了水稻從種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、抽穗和結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)并通過(guò)獲取圖像進(jìn)行分析；完成了剪株后空間再生稻成功培育并結(jié)出了成熟的神手（二茬）。在軌完成擬南芥種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)和三個(gè)生物鐘調(diào)控的開(kāi)花關(guān)鍵基因?qū)臻g微重力響應(yīng)的圖像觀察分析并在軌采集了樣品。

通過(guò)對(duì)空間獲取的圖像分析，并與地面對(duì)照比較，發(fā)現(xiàn)空間微重力對(duì)水稻的多種農(nóng)藝性狀，包括株高、分篥數(shù)、生長(zhǎng)速率、水分調(diào)控、對(duì)光反應(yīng)、開(kāi)花時(shí)間、種子發(fā)育過(guò)程以及結(jié)實(shí)率等多方面的影響。實(shí)驗(yàn)初步發(fā)現(xiàn)水稻的株型在空間變得更為松散，主要是莖葉夾角變大；矮桿水稻變得更矮，高稈水稻的高度沒(méi)有受到明顯的影響。此外，生物鐘控制的水稻葉片生長(zhǎng)螺旋上升運(yùn)動(dòng)在空間更為凸顯。

此外，水稻在空間環(huán)境中開(kāi)花時(shí)間比地面略有提前，但是灌漿時(shí)間延長(zhǎng)了10多天，大部分穎殼不能關(guān)閉。開(kāi)花時(shí)間和穎殼閉合均是水稻的重要農(nóng)藝性狀，二者在保障植物充分的生殖生長(zhǎng)，獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子方面都有重要作用，此過(guò)程受到基因表達(dá)的調(diào)控，后續(xù)將利用返回樣品進(jìn)一步分析。

返回水稻種子將 繼續(xù)培養(yǎng)

此次實(shí)驗(yàn)還在空間琮境中進(jìn)行再生稻實(shí)驗(yàn)并獲得再生稻的種子。從剪株20天后就可以再生出2個(gè)稻穗，說(shuō)明空間狹小的封閉環(huán)境中再生稻是可行的，為空間作物的高效生產(chǎn)提供了新的思路和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。該技術(shù)可以大大增加單位體積中的水稻產(chǎn)量，也是國(guó)際上首次在空間嘗試的再生稻技術(shù)。

在軌期間，還首次對(duì)空間生物鐘調(diào)控光周期開(kāi)花的關(guān)鍵基因進(jìn)行研究。利用基因突變和轉(zhuǎn)基因的方法，構(gòu)建了三種不同開(kāi)花時(shí)間的擬南芥，分別是：提前開(kāi)花，延遲開(kāi)花和正常開(kāi)花（野生型），通過(guò)對(duì)空間擬南芥生長(zhǎng)發(fā)育的圖譜觀察與分析，發(fā)現(xiàn)開(kāi)花關(guān)鍵基因?qū)ξ⒅亓Φ捻憫?yīng)與地面有明顯的差異，為今后利用改造開(kāi)花基因來(lái)促進(jìn)植物適應(yīng)空間微重力環(huán)境提供了新方向。

目前，返回水稻和擬南芥樣品一部分已做固定處理，水稻種子將帶回中科院分子植物卓越中心實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)培養(yǎng)?？茖W(xué)家將對(duì)返回樣品進(jìn)行分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)和代謝等相關(guān)分析，通過(guò)檢測(cè)及分析研究，解析空間微重力對(duì)于擬南芥和水稻作用的規(guī)律和分子基礎(chǔ)，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)?！?/p>