问天实验舱开展拟南芥和水稻“从种子到种子”全生命周期实验 在中国空间站种植物（科技自立自强）

问天实验舱内微重力条件下水稻的生长发育情况组图。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图

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7月24日,中国空间站首个科学实验舱问天实验舱成功进入太空,随后,载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元正式启动实验。这也是国际上首次对水稻在空间站“从种子到种子”全生命周期的培养研究。一个月过去了,植物在空间站生长情况如何?微重力如何影响植物开花?这些发现将为探索更多适应空间生命保障要求的粮食作物生产提供指导。

8月29日,载人航天工程空间应用暨空间站高等植物培养实验阶段性进展情况介绍会在北京和上海两地举行。

7月29日,载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元在中国空间站问天实验舱正式启动实验。这也是国际上首次对水稻在空间站“从种子到种子”全生命周期的培养研究。

如今,时间已过去一个月,这些拟南芥种子和水稻种子的生长情况如何?据介绍,截至目前,问天实验舱各有效载荷状态良好、工作稳定,随舱发射科学实验项目在轨实验按计划开展。载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元,已由航天员安装至问天实验舱的生命生态通用实验模块中,目前植物已经发芽生长。

探索微重力怎样影响和控制植物开花

在空间站,植物面临的最大挑战是微重力环境。

中国科学院分子植物科学卓越创新中心(以下简称“分子植物卓越中心”)郑慧琼研究团队承担了“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”生命科学实验项目。

郑慧琼表示,本次实验项目将聚焦3个关键科学问题:微重力怎样影响开花?微重力影响植物开花的分子机理是什么?能否利用微重力环境作用来控制植物的开花?

“开花是植物结出新一代种子的前提。农作物的种子既是粮食,也是繁殖下一代的载体。想要真正解决人类长期空间探索的粮食保障问题,这些基础探索必不可少。”郑慧琼说。

实际上,从20世纪50年代发射第一颗人造地球卫星以来,如何利用植物保障人类在地外环境中生存所需要的食物、氧气和纯净水,就成为空间生命科学最为关注的问题。

当前,科学家们的研究重点逐渐由对植物幼苗阶段的研究扩展至种子生产研究。但是,目前只有油菜、小麦和豌豆少数几种作物在空间完成了从种子到种子的实验。同时,在空间条件下,植物开花时间延迟、开花数目少、种子结实率低和种子质量下降等问题仍然没有解决。因此,迫切需要研究如何控制植物发育的关键环节——开花的调控机理,为改进空间植物培养技术和探索更多适应空间生命保障要求的粮食作物生产提供指导。

高秆水稻幼苗已长至30厘米左右

7月28日,载有实验样品拟南芥种子和水稻种子的实验单元,由航天员安装至问天实验舱的生命生态通用实验模块中,通过地面程序注入指令,于7月29日启动实验。“随后,航天员又开展了拟南芥和水稻种子的注水,开始在轨实验,温度、湿度、光照控制正常。”郑慧琼说,“通过下行的图像数据分析判断,目前,拟南芥幼苗已长出多片叶子,高秆水稻幼苗已长至30厘米左右,矮秆水稻也有5—6厘米,生长状态良好。”

本次空间实验样品拟南芥和水稻是两种模式植物。拟南芥代表双子叶、长日照、十字花科植物,青菜、油菜等蔬菜属于十字花科。水稻属于单子叶、短日照、禾本科植物,小麦、玉米等粮食类作物属于禾本科。

科研团队表示,后续还将完成拟南芥和水稻在空间“从种子到种子”全生命周期的实验,并在实验过程中由航天员采集样品、冷冻保存,最终随航天员返回地面进行分析。“我们的计划是航天员返回前10—15天采集种子,航天员返回时带回来。”郑慧琼说。

郑慧琼说:“希望通过本次研究,在国际上首次完成空间微重力条件下水稻‘从种子到种子’全生命周期的培养实验,并获得水稻培养的关键环境参数,为进一步解析空间微重力对水稻生长发育的影响及分子基础、利用水稻进行空间粮食生产提供重要理论指导。”

同时,研究团队希望通过转录组分析比较拟南芥和水稻两种模式植物,在空间环境中开花途径关键基因的表达及其调控网络的变化,可以解析空间微重力条件下长日照和短日照植物开花的分子机理,为进一步创制适应空间环境的作物和开发利用空间微重力环境资源提供理论依据。

问天实验舱载荷状态良好

7月24日14时22分,问天实验舱在我国文昌航天发射场成功发射。问天实验舱是中国空间站第二个舱段,也是首个科学实验舱,上面搭载了生命生态实验柜、生物技术实验柜等科学实验柜。

中科院空间应用中心研究员、载人航天工程空间应用系统问天实验舱主任设计师赵黎平介绍,截至目前,各有效载荷状态良好、工作稳定。

“科学实验柜初始状态设置、基本功能测试正常,在轨测试有序开展;随舱发射科学实验项目在轨实验按计划开展;空间环境保障及时有力;地面系统运行高效稳定;后续各项工作安排有序推进。”赵黎平说。

赵黎平介绍,航天员于7月28日完成了生命生态实验柜通用生物培养模块解锁、状态设置、辐射测量模块和植物培养单元安装。8月8日和8月12日,航天员完成了变重力科学实验柜、科学手套箱、低温存储柜、生物技术实验柜的解锁和组装。组装完成后,变重力科学实验柜、科学手套箱、低温存储装置开展了既定的在轨测试内容,通过下行遥测数据和工程数据判断,相关科学实验柜及科学实验系统工作正常,载荷状态良好。

问天实验舱发射后,空间环境保障分系统24小时监测空间环境的变化情况。根据目前空间环境监测数据分析,近期太阳活动水平极低到低,地磁活动以平静至微扰为主,有利于空间站各项在轨工作的开展。

问天实验舱为科研人员在太空进行更多科学实验提供了更大空间和可能。中科院院士、分子植物卓越中心主任韩斌说:“现在有了问天实验舱可以更长时间地培养植物,这就给我们这次选取粮食作物——水稻培养提供了可能。特别是看它在微重力、密闭的条件下种子如何生长。”(吴月辉 余建斌 黄晓慧)

(编辑:索朗次仁)