熱頭條丨在太空培育的水稻回到地球！科學家首次在空間嘗試再生稻技術

在太空的植物如何生長？神舟十四號帶回了答案。

(資料圖片)

12月4日晚，神舟十四號載人飛船返回艙在東風著陸場成功著陸。第一財經從中國科學院獲悉，4日當天，隨艙下行的載人空間站第三批空間科學實驗樣品在著陸場交付空間應用系統，并于5日凌晨返回北京，順利交接相關實驗科學家。

返回的樣品包括3個生物樣品冷包和1個無容器樣品袋，其中3個生物樣品冷包裝載的是水稻和擬南芥的實驗樣品，無容器樣品袋中為4盒無容器材料實驗樣品。其中，水稻和擬南芥種子經歷了120天的空間培育生長，完成了從種子到種子的發育全過程，是國際上首次在軌獲得水稻種子。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驗室繼續培養。

作為人類主要的糧食作物，水稻養活了世界上近一半的人口，也是未來載人深空探測生命支持系統的主要候選糧食作物。利用空間微重力進行水稻育種也是空間植物學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。但是，之前國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，而主要糧食作物水稻，此前尚沒有能夠在空間完成水稻全生命周期的培養。

和人進入太空后一樣，植物也會有一些“航天綜合癥”，那么在空間中，高等植物如何從種子到種子？

在我國空間站生命科學項目中，中國科學院分子植物科學卓越創新中心鄭慧瓊研究團隊承擔了“微重力條件下高等植物開花調控的分子機理”，在國際上首次開展了水稻從種子到種子全生命周期空間培養實驗。同時，開花是結種子的前提，研究團隊利用模式植物擬南芥，也系統地研究了空間微重力對植物開花的影響。

從今年7月29日注入營養液啟動實驗，至11月25日結束實驗，本項目共在軌開展實驗120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發、幼苗生長、開花結籽全生命周期的培養實驗。期間航天員在軌進行了三次樣品采集。

鄭慧瓊此前對第一財經在內的媒體介紹，該項目主要研究空間微重力條件下，擬南芥和水稻的開花調控的分子機理。“開花”是植物結出新一代種子的前提。農作物的種子既是糧食，也是繁殖下一代的載體。隨著載人深空探測的發展深入，比如登陸火星，要想真正解決人類長期空間探索的糧食保障問題，不可能單純依靠從地球上攜帶糧食來滿足航天員長期的空間生活和工作需求，必須要解決在空間生產糧食這一難題。

“希望通過本次研究，在國際上首次完成空間微重力條件下水稻從‘種子到種子’全生命周期的培養實驗，并獲得水稻培養的關鍵環境參數，為進一步解析空間微重力對水稻生長發育的影響及分子基礎，利用水稻進行空間糧食生產提供重要理論指導。”鄭慧瓊告訴記者。

按計劃，在北京交接樣品后，從太空返回的樣本將轉運至上海實驗室中做進一步檢測分析。研究人員將對返回樣品進行分子生物學、細胞學和代謝等相關分析,通過檢測及分析研究，解析空間微重力對于擬南芥和水稻作用的規律和分子基礎，為進一步創制適應空間環境的作物和開發利用空間微重力環境資源提供理論依據。

據分子植物科學卓越創新中心介紹，本次空間項目主要完成的實驗內容有幾個，包括在軌完成了水稻從種子萌發、幼苗生長、抽穗和結籽全生命周期的培養實驗并通過獲取圖像進行分析；完成了剪株后空間再生稻成功培育并結出了成熟的種子（二茬）；在軌完成擬南芥種子萌發、幼苗生長和不同三個生物鐘調控的開花關鍵基因對空間微重力響應的圖像觀察分析并在軌采集了樣品。

通過對空間獲取的圖像分析，并與地面對照比較，研究團隊發現空間微重力對水稻的多種農藝性狀，包括株高、分蘗數、生長速率、水分調控、對光反應、開花時間、種子發育過程以及結實率等多方面的影響。

實驗也有一些初步的發現，比如在空間進行再生稻實驗并獲得再生稻的種子。從剪株20天后就可以再生出了2個稻穗，說明空間狹小的封閉環境中再生稻是可行的，為空間作物的高效生產提供了新的思路和實驗證據。該技術可以大大增加單位體積中的水稻產量，也是國際上首次在空間嘗試的再生稻技術。

另外，水稻空間開花時間比地面略有提前，但是，灌漿時間延長了10多天，大部分穎殼不能關閉。開花時間和穎殼閉合均是水稻的重要農藝性狀，二者在保障植物充分的生殖生長、獲得高產優質種子方面都有重要作用，此過程受到基因表達的調控，后續將利用返回樣品進一步分析。

標簽： 生命周期 糧食作物 種子萌發 創新中心 中國科學院