太空种下的水稻回家了！人类首次完成水稻全生命周期空间培养实验

　　中青报中青网记者邱晨辉
　　阔别地球半年之久，神舟十四号终于回家了。随之返回地球的，还有航天员在太空精心栽培的水稻。
　　北京时间2022年12月4日20时09分，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。随舱下行的载人空间站第三批空间科学实验样品在着陆场交付空间应用系统，包括3个生物样品冷包和1个无容器样品袋。
　　12月5日，这些样品顺利运抵中国科学院空间应用工程与技术中心，经检查确认返回样品完好后，样品顺利交接至相关实验科学家手中。其中就包括经过120天的太空培育生长、在国际上首次在轨获得的水稻种子。
　　水稻的种子，到了太空能萌发、生长、抽穗以及结籽吗？现在中国空间站给出了答案。
　　中科院分子植物卓越中心郑慧琼研究员对返回水稻和拟南芥科学实验样品进行分解与固化。中科院空间应用中心供图
　　水稻首次在太空结籽航天员三次样品采集
　　水稻是人类主要的粮食作物，也是未来载人深空探测生命支持系统的主要候选粮食作物，利用空间微重力进行水稻育种，是空间植物学研究的重要方向之一。
　　种子既是人类的粮食，也是繁殖下一代植物的载体，人类要在空间长期生存，就必须要保证植物能够在空间完成世代交替。中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼说。
　　此前，国际上在空间只完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦从种子到种子的培养。而在中国空间站内，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项目，瞄准水稻和拟南芥两种植物。
　　我们在国际上首次完成了水稻从种子到种子全生命周期（空间）培养实验。同时，开花是结种子的前提，我们还利用模式植物拟南芥，系统地研究了空间微重力对植物开花的影响。郑慧琼说。
　　她告诉记者，从2022年7月29日注入营养液启动实验，至11月25日结束实验，微重力条件下高等植物开花调控的分子机理项目共开展在轨实验120天，完成了拟南芥和水稻种子萌发、幼苗生长、开花结籽这一从种子到种子全生命周期的培养实验。这也是国际上首次在太空完成的水稻全生命周期培养实验。
　　其间，航天员在轨进行了三次样品采集，包括孕穗期水稻样品、拟南芥开花期样品及水稻和拟南芥种子成熟期样品。采集后，开花或孕穗期样品保存于零下80摄氏度的低温存储柜中，种子成熟期样品保存于4摄氏度低温存储柜。
　　12月4日，这些样品随神舟十四号返回地面。按计划，样品在北京交接后，将被转运至上海实验室做进一步检测分析。
　　郑慧琼透露，后续，科学家将对返回样品进行分子生物学、细胞学和代谢等相关分析，解析空间微重力对于拟南芥和水稻作用的规律和分子基础，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。
　　水稻在太空开花时间提前农艺性状差异引关注
　　水稻在太空中的长势，是研究团队关注的重点。在空间站微重力环境下生长的水稻，其多种农艺性状都与地面有所不同。
　　通过对空间获取的图像进行分析，并与地面对照组比较，我们发现了空间微重力对水稻的多种农艺性状的影响，包括株高、分蘖数、生长速率、水分调控、对光反应、开花时间、种子发育过程以及结实率等。郑慧琼说。
　　在轨实验初步发现，水稻的株型在空间变得更为松散，矮秆水稻变得更矮，高秆水稻的高度没有受到明显影响。此外，生物钟控制的水稻叶片生长螺旋上升运动在空间更为凸显。
　　水稻空间开花时间比地面略有提前，但是，灌浆时间延长了10多天，大部分颖壳不能关闭。郑慧琼说，开花时间和颖壳闭合均是水稻的重要农艺性状，二者在保障植物充分的生殖生长、获得高产优质种子方面都有重要作用，此过程受到基因表达的调控，后续团队将利用返回样品进一步分析。
　　水稻在问天舱生命生态实验柜通用生物培养模块中完成从种子到种子全生命周期不同发育阶段代表性图片。图像上的数字表示注入营养液启动实验后的天数。中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图
　　在轨期间，航天员还在空间站内开展了再生稻实验，并获得了再生稻的种子，水稻剪株后仅20天，就再生出了2个稻穗。
　　研究团队认为，这为空间作物的高效生产提供了新的思路和实验证据，该技术可以大大增加单位体积中的水稻产量，也是国际上首次在空间尝试的再生稻技术。
　　空间水稻原生稻和再生稻图片，显示空间稻穗与颖壳张开的表型。中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图
　　空间再生水稻的过程图像，图中的时间为剪株后的天数。中国科学院分子植物科学卓越创新中心供图
　　此外，拟南芥在太空也顺利开花，科研人员首次对空间生物钟调控光周期开花的关键基因进行研究。
　　通过对空间拟南芥生长发育的图谱进行观察与分析，研究人员发现，开花关键基因对微重力的响应与地面有明显的差异。其中，在地面提早开花的拟南芥在空间微重力条件下开花时间也大大延长。
　　郑慧琼介绍，生物钟基因突变后，空间拟南芥的下胚轴过度伸长，说明生物钟基因表达对于维持拟南芥在空间生长的正常形态和适应空间环境非常重要，这为今后利用改造开花基因来促进植物适应空间微重力环境提供了新方向。
　　后续，我们还将进一步利用返回材料，对拟南芥适应空间环境的分子基础进行深入解析。郑慧琼说。