120天，水稻種子在空間站“變身”

受到空間微重力影響 完成全生命週期培養

本報記者  樊 巍

據中國載人航天工程辦公室消息，北京時間12月4日20時09分，神舟十四號載人飛船返回艙在東風着陸場成功着陸。《環球時報》記者5日從中國科學院獲悉，隨返回艙下行的載人空間站第三批空間科學實驗樣品4日在着陸場交付空間應用系統，並於5日凌晨返回北京，經空間應用系統總體與相關實驗人員檢查後，確認返回實驗樣品完好後，目前順利交接相關實驗科學家。

全球首次在軌獲得

據《環球時報》記者瞭解，返回的空間科學實驗樣品中包括此前長勢喜人的水稻和擬南芥的實驗樣品。這兩種植物的種子在太空中經歷了120天的空間培育生長，完成了從種子到種子發育的全過程，其中，所收穫的水稻種子是國際上首次在軌獲得的水稻種子。

水稻作為人類主要的糧食作物，養活了世界上近一半的人口，被認為是未來載人深空探測生命支持系統的主要候選糧食作物。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，利用空間微重力進行水稻育種是空間植物學研究的重要方向之一。但在此之前，國際上在空間環境中只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥從種子到種子的培養。主要糧食作物水稻，此前沒有能夠在空間完成全生命週期的培養。

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”項目，在國際上首次開展了水稻從種子到種子全生命週期培養實驗。同時，研究團隊還利用模式植物擬南芥，系統地研究了空間微重力對植物開花的影響。

農藝性狀發生多種變化

從2022年7月29日注入營養液啓動實驗，至11月25日結束實驗，該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、開花結籽全生命週期的培養實驗。其間航天員在軌進行3次樣品採集，包括9月21日孕穗期水稻樣品採集，10月12日擬南芥開花期樣品採集和11月25日水稻及擬南芥種子成熟期樣品採集。

採集後，開花或孕穗期樣品保存於零下80攝氏度低温存儲櫃中，種子成熟期樣品保存於4攝氏度低温存儲櫃，樣品於12月4日隨神舟十四號返回地面。

本次空間項目主要完成的實驗內容包括在軌完成了水稻從種子萌發、幼苗生長、抽穗和結籽全生命週期的培養實驗並通過獲取圖像進行分析；完成了剪株後空間再生稻成功培育並結出了成熟的種子（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並在軌採集了樣品。

通過對空間獲取的圖像分析，並與地面對照比較，發現空間微重力對水稻的多種農藝性狀，包括株高、分櫱數、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。實驗初步發現水稻的株型在空間變得更為鬆散，主要是莖葉夾角變大；矮杆水稻變得更矮，高稈水稻的高度沒有受到明顯的影響。此外，生物鐘控制的水稻葉片生長螺旋上升運動在空間更為凸顯。

此外，水稻在空間環境中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，後續將利用返回樣品進一步分析。

返回水稻種子將繼續培養

此次實驗還在空間環境中進行再生稻實驗並獲得再生稻的種子。從剪株20天后就可以再生出2個稻穗，説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。

在軌期間，還首次對空間生物鐘調控光週期開花的關鍵基因進行研究。利用基因突變和轉基因的方法，構建了三種不同開花時間的擬南芥，分別是：提前開花，延遲開花和正常開花（野生型），通過對空間擬南芥生長發育的圖譜觀察與分析，發現開花關鍵基因對微重力的響應與地面有明顯的差異，為今後利用改造開花基因來促進植物適應空間微重力環境提供了新方向。

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。科學家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，解析空間微重力對於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。▲