闊別地球半年之久，神舟十四號(hào)終于回家了。隨之返回地球的，還有航天員在太空精心栽培的水稻。

北京時(shí)間2022年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。隨艙下行的載人空間站第三批空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品在著陸場(chǎng)交付空間應(yīng)用系統(tǒng)，包括3個(gè)生物樣品冷包和1個(gè)無(wú)容器樣品袋。

12月5日，這些樣品順利運(yùn)抵中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，經(jīng)檢查確認(rèn)返回樣品完好后，樣品順利交接至相關(guān)實(shí)驗(yàn)科學(xué)家手中。其中就包括經(jīng)過(guò)120天的太空培育生長(zhǎng)、在國(guó)際上首次在軌獲得的水稻種子。

水稻的種子，到了太空能萌發(fā)、生長(zhǎng)、抽穗以及結(jié)籽嗎？現(xiàn)在中國(guó)空間站給出了答案。

中科院分子植物卓越中心鄭慧瓊研究員對(duì)返回水稻和擬南芥科學(xué)實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行分解與固化。中科院空間應(yīng)用中心供圖

水稻首次在太空結(jié)籽 航天員三次樣品采集

水稻是人類主要的糧食作物，也是未來(lái)載人深空探測(cè)生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物，利用空間微重力進(jìn)行水稻育種，是空間植物學(xué)研究的重要方向之一。

“種子既是人類的糧食，也是繁殖下一代植物的載體，人類要在空間長(zhǎng)期生存，就必須要保證植物能夠在空間完成世代交替。”中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊說(shuō)。

此前，國(guó)際上在空間只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥“從種子到種子”的培養(yǎng)。而在中國(guó)空間站內(nèi)，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”項(xiàng)目，瞄準(zhǔn)水稻和擬南芥兩種植物。

“我們?cè)趪?guó)際上首次完成了水稻從種子到種子全生命周期（空間）培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，開花是結(jié)種子的前提，我們還利用模式植物擬南芥，系統(tǒng)地研究了空間微重力對(duì)植物開花的影響。”鄭慧瓊說(shuō)。

她告訴記者，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)，“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理”項(xiàng)目共開展在軌實(shí)驗(yàn)120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長(zhǎng)、開花結(jié)籽這一“從種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。這也是國(guó)際上首次在太空完成的水稻全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

其間，航天員在軌進(jìn)行了三次樣品采集，包括孕穗期水稻樣品、擬南芥開花期樣品及水稻和擬南芥種子成熟期樣品。采集后，開花或孕穗期樣品保存于零下80攝氏度的低溫存儲(chǔ)柜中，種子成熟期樣品保存于4攝氏度低溫存儲(chǔ)柜。

12月4日，這些樣品隨神舟十四號(hào)返回地面。按計(jì)劃，樣品在北京交接后，將被轉(zhuǎn)運(yùn)至上海實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步檢測(cè)分析。

鄭慧瓊透露，后續(xù)，科學(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，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)境的作物和開發(fā)利用空間微重力環(huán)境資源提供理論依據(jù)。

水稻在太空開花時(shí)間提前 農(nóng)藝性狀差異引關(guān)注

水稻在太空中的長(zhǎng)勢(shì)，是研究團(tuán)隊(duì)關(guān)注的重點(diǎn)。在空間站微重力環(huán)境下生長(zhǎng)的水稻，其多種農(nóng)藝性狀都與地面有所不同。

“通過(guò)對(duì)空間獲取的圖像進(jìn)行分析，并與地面對(duì)照組比較，我們發(fā)現(xiàn)了空間微重力對(duì)水稻的多種農(nóng)藝性狀的影響，包括株高、分蘗數(shù)、生長(zhǎng)速率、水分調(diào)控、對(duì)光反應(yīng)、開花時(shí)間、種子發(fā)育過(guò)程以及結(jié)實(shí)率等。”鄭慧瓊說(shuō)。

在軌實(shí)驗(yàn)初步發(fā)現(xiàn)，水稻的株型在空間變得更為松散，矮稈水稻變得更矮，高稈水稻的高度沒(méi)有受到明顯影響。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。

“水稻空間開花時(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。”鄭慧瓊說(shuō)，開花時(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)團(tuán)隊(duì)將利用返回樣品進(jìn)一步分析。

水稻在問(wèn)天艙生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜通用生物培養(yǎng)模塊中完成從種子到種子全生命周期不同發(fā)育階段代表性圖片。圖像上的數(shù)字表示注入營(yíng)養(yǎng)液?jiǎn)?dòng)實(shí)驗(yàn)后的天數(shù)。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心供圖

在軌期間，航天員還在空間站內(nèi)開展了再生稻實(shí)驗(yàn)，并獲得了再生稻的種子，水稻剪株后僅20天，就再生出了2個(gè)稻穗。

研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這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)。

空間水稻原生稻和再生稻圖片，顯示空間稻穗與穎殼張開的表型。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心供圖

空間再生水稻的過(guò)程圖像，圖中的時(shí)間為剪株后的天數(shù)。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心供圖

此外，擬南芥在太空也順利開花，科研人員首次對(duì)空間生物鐘調(diào)控光周期開花的關(guān)鍵基因進(jìn)行研究。

通過(guò)對(duì)空間擬南芥生長(zhǎng)發(fā)育的圖譜進(jìn)行觀察與分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，開花關(guān)鍵基因?qū)ξ⒅亓Φ捻憫?yīng)與地面有明顯的差異。其中，在地面提早開花的擬南芥在空間微重力條件下開花時(shí)間也大大延長(zhǎng)。

鄭慧瓊介紹，生物鐘基因突變后，空間擬南芥的下胚軸過(guò)度伸長(zhǎng)，說(shuō)明生物鐘基因表達(dá)對(duì)于維持?jǐn)M南芥在空間生長(zhǎng)的正常形態(tài)和適應(yīng)空間環(huán)境非常重要，這為今后利用改造開花基因來(lái)促進(jìn)植物適應(yīng)空間微重力環(huán)境提供了新方向。

“后續(xù)，我們還將進(jìn)一步利用返回材料，對(duì)擬南芥適應(yīng)空間環(huán)境的分子基礎(chǔ)進(jìn)行深入解析。”鄭慧瓊說(shuō)。

記者：邱晨輝

編輯：原春琳

本文原載于中國(guó)青年報(bào)客戶端

原標(biāo)題為《太空種下的水稻回家了！

人類首次完成水稻全生命周期空間培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)》

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