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“短短一個(gè)月，我們在中國空間站培育的高稈水稻幼苗已長至30厘米左右高，有望在國際上首次在空間結(jié)出種子。計(jì)劃由航天員返回前進(jìn)行采集，并進(jìn)行冷藏保存，隨航天員返回地面。”8月29日，中科院分子植物卓越中心研究員鄭慧瓊在新聞發(fā)布會(huì)上介紹，言語中透著興奮。

解放日?qǐng)?bào)·上觀新聞?dòng)浾咔宄浀?年前第一次見到鄭慧瓊時(shí)，她剛從“實(shí)踐十號(hào)”著陸地內(nèi)蒙古風(fēng)塵仆仆趕回上海，帶回了去過太空的水稻和擬南芥。跟水稻和擬南芥打交道30年，鄭慧瓊研究的是它們在太空失重環(huán)境下怎么開花結(jié)籽。

【只有幾種作物在空間完成“從種子到種子”實(shí)驗(yàn)】

人類雖然飛出了地球，但在太空中食物的自給仍是一個(gè)問題。不論是重返月球還是登陸火星，建立以植物為基礎(chǔ)的生命支持系統(tǒng)，勢在必行。

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，科學(xué)家們在空間飛行器中進(jìn)行了20多種植物的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。早期目標(biāo)是如何養(yǎng)活植物，使其能夠萌發(fā)、生長、開花，如今這些目標(biāo)都一一實(shí)現(xiàn)了?？茖W(xué)家的研究重點(diǎn)從植物幼苗階段擴(kuò)展到了種子生產(chǎn)研究。

“目前只有油菜、小麥和豌豆等幾種作物在空間完成了從種子到種子的實(shí)驗(yàn)。但植物開花時(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。”中科院院士、中科院分子植物科學(xué)卓越中心主任韓斌介紹，開花是植物結(jié)出種子的前提。因此，迫切需要研究植物開花的調(diào)控機(jī)理，以改進(jìn)空間植物培養(yǎng)，探索更多適應(yīng)空間的糧食作物。

【水稻在太空結(jié)籽可能需要更長時(shí)間】

2022年7月28日，載有擬南芥種子和水稻種子的實(shí)驗(yàn)單元，由航天員安裝至中國空間站問天實(shí)驗(yàn)艙，并通過地面程序注入指令于7月29日啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

時(shí)隔一個(gè)月，擬南芥幼苗已長出多片葉子，部分開始抽薹；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。

微重力條件下的水稻

“稻稈的高矮對(duì)產(chǎn)量影響很大，地面上的水稻長得筆直，而空間的水稻有些‘骨質(zhì)疏松’，是螺旋狀生長。但總體發(fā)育進(jìn)程符合預(yù)期，有望在國際上首次在空間結(jié)出種子，完成微重力條件下‘從種子到種子’全生命周期實(shí)驗(yàn)。”鄭慧瓊介紹，地面上的高稈水稻一般70天左右結(jié)籽，在太空可能需要更長時(shí)間。此前，國際上只在空間做了2次水稻種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)，鄭慧瓊團(tuán)隊(duì)在天宮二號(hào)實(shí)驗(yàn)室培育的水稻也沒有這么高。

擬南芥的種子在注液后第三天萌發(fā)，與地面相似。有意思的是，此前在天宮二號(hào)的實(shí)驗(yàn)中，鄭慧瓊團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)擬南芥的開花延遲了，這次他們將三個(gè)關(guān)鍵開花基因的表達(dá)進(jìn)行了修改，創(chuàng)制了三種不同時(shí)間開花的擬南芥，與正常開花的擬南芥一起種在問天艙實(shí)驗(yàn)柜中，通過圖像來觀察它們在微重力條件下的不同表現(xiàn)?！?strong>相比野生型，轉(zhuǎn)基因擬南芥的生長速率有所提高。”鄭慧瓊說。

微重力條件下的擬南芥

據(jù)悉，后續(xù)利用空間下傳的圖像和返回樣品，研究團(tuán)隊(duì)將解析微重力影響水稻和擬南芥生長與開花的規(guī)律，為未來空間蔬菜和糧食生產(chǎn)打下理論基礎(chǔ)。