在中國空間站種植物

問天實驗艙內微重力條件下水稻的生長發育情況組圖。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心供圖

核心閲讀

7月24日，中國空間站首個科學實驗艙問天實驗艙成功進入太空，隨後，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元正式啓動實驗。這也是國際上首次對水稻在空間站“從種子到種子”全生命週期的培養研究。一個月過去了，植物在空間站生長情況如何？微重力如何影響植物開花？這些發現將為探索更多適應空間生命保障要求的糧食作物生產提供指導。

8月29日，載人航天工程空間應用暨空間站高等植物培養實驗階段性進展情況介紹會在北京和上海兩地舉行。

7月29日，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元在中國空間站問天實驗艙正式啓動實驗。這也是國際上首次對水稻在空間站“從種子到種子”全生命週期的培養研究。

如今，時間已過去一個月，這些擬南芥種子和水稻種子的生長情況如何？據介紹，截至目前，問天實驗艙各有效載荷狀態良好、工作穩定，隨艙發射科學實驗項目在軌實驗按計劃開展。載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元，已由航天員安裝至問天實驗艙的生命生態通用實驗模塊中，目前植物已經發芽生長。

探索微重力怎樣影響和控制植物開花

在空間站，植物面臨的最大挑戰是微重力環境。

中國科學院分子植物科學卓越創新中心（以下簡稱“分子植物卓越中心”）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”生命科學實驗項目。

鄭慧瓊表示，本次實驗項目將聚焦3個關鍵科學問題：微重力怎樣影響開花？微重力影響植物開花的分子機理是什麼？能否利用微重力環境作用來控制植物的開花？

“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。想要真正解決人類長期空間探索的糧食保障問題，這些基礎探索必不可少。”鄭慧瓊説。

實際上，從20世紀50年代發射第一顆人造地球衞星以來，如何利用植物保障人類在地外環境中生存所需要的食物、氧氣和純淨水，就成為空間生命科學最為關注的問題。

當前，科學家們的研究重點逐漸由對植物幼苗階段的研究擴展至種子生產研究。但是，目前只有油菜、小麥和豌豆少數幾種作物在空間完成了從種子到種子的實驗。同時，在空間條件下，植物開花時間延遲、開花數目少、種子結實率低和種子質量下降等問題仍然沒有解決。因此，迫切需要研究如何控制植物發育的關鍵環節——開花的調控機理，為改進空間植物培養技術和探索更多適應空間生命保障要求的糧食作物生產提供指導。

高稈水稻幼苗已長至30釐米左右

7月28日，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元，由航天員安裝至問天實驗艙的生命生態通用實驗模塊中，通過地面程序注入指令，於7月29日啓動實驗。“隨後，航天員又開展了擬南芥和水稻種子的注水，開始在軌實驗，温度、濕度、光照控制正常。”鄭慧瓊説，“通過下行的圖像數據分析判斷，目前，擬南芥幼苗已長出多片葉子，高稈水稻幼苗已長至30釐米左右，矮稈水稻也有5—6釐米，生長狀態良好。”

本次空間實驗樣品擬南芥和水稻是兩種模式植物。擬南芥代表雙子葉、長日照、十字花科植物，青菜、油菜等蔬菜屬於十字花科。水稻屬於單子葉、短日照、禾本科植物，小麥、玉米等糧食類作物屬於禾本科。

科研團隊表示，後續還將完成擬南芥和水稻在空間“從種子到種子”全生命週期的實驗，並在實驗過程中由航天員採集樣品、冷凍保存，最終隨航天員返回地面進行分析。“我們的計劃是航天員返回前10—15天採集種子，航天員返回時帶回來。”鄭慧瓊説。

鄭慧瓊説：“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’全生命週期的培養實驗，並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。”

同時，研究團隊希望通過轉錄組分析比較擬南芥和水稻兩種模式植物，在空間環境中開花途徑關鍵基因的表達及其調控網絡的變化，可以解析空間微重力條件下長日照和短日照植物開花的分子機理，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。

問天實驗艙載荷狀態良好

7月24日14時22分，問天實驗艙在我國文昌航天發射場成功發射。問天實驗艙是中國空間站第二個艙段，也是首個科學實驗艙，上面搭載了生命生態實驗櫃、生物技術實驗櫃等科學實驗櫃。

中科院空間應用中心研究員、載人航天工程空間應用系統問天實驗艙主任設計師趙黎平介紹，截至目前，各有效載荷狀態良好、工作穩定。

“科學實驗櫃初始狀態設置、基本功能測試正常，在軌測試有序開展；隨艙發射科學實驗項目在軌實驗按計劃開展；空間環境保障及時有力；地面系統運行高效穩定；後續各項工作安排有序推進。”趙黎平説。

趙黎平介紹，航天員於7月28日完成了生命生態實驗櫃通用生物培養模塊解鎖、狀態設置、輻射測量模塊和植物培養單元安裝。8月8日和8月12日，航天員完成了變重力科學實驗櫃、科學手套箱、低温存儲櫃、生物技術實驗櫃的解鎖和組裝。組裝完成後，變重力科學實驗櫃、科學手套箱、低温存儲裝置開展了既定的在軌測試內容，通過下行遙測數據和工程數據判斷，相關科學實驗櫃及科學實驗系統工作正常，載荷狀態良好。

問天實驗艙發射後，空間環境保障分系統24小時監測空間環境的變化情況。根據目前空間環境監測數據分析，近期太陽活動水平極低到低，地磁活動以平靜至微擾為主，有利於空間站各項在軌工作的開展。

問天實驗艙為科研人員在太空進行更多科學實驗提供了更大空間和可能。中科院院士、分子植物卓越中心主任韓斌説：“現在有了問天實驗艙可以更長時間地培養植物，這就給我們這次選取糧食作物——水稻培養提供了可能。特別是看它在微重力、密閉的條件下種子如何生長。”