問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)微重力條件下水稻的生長(zhǎng)發(fā)育情況組圖。
中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心供圖
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7月24日，中國(guó)空間站首個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙問天實(shí)驗(yàn)艙成功進(jìn)入太空，隨后，載有實(shí)驗(yàn)樣品擬南芥種子和水稻種子的實(shí)驗(yàn)單元正式啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。這也是國(guó)際上首次對(duì)水稻在空間站“從種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)研究。一個(gè)月過去了，植物在空間站生長(zhǎng)情況如何？微重力如何影響植物開花？這些發(fā)現(xiàn)將為探索更多適應(yīng)空間生命保障要求的糧食作物生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
8月29日，載人航天工程空間應(yīng)用暨空間站高等植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)階段性進(jìn)展情況介紹會(huì)在北京和上海兩地舉行。
7月29日，載有實(shí)驗(yàn)樣品擬南芥種子和水稻種子的實(shí)驗(yàn)單元在中國(guó)空間站問天實(shí)驗(yàn)艙正式啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。這也是國(guó)際上首次對(duì)水稻在空間站“從種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)研究。
如今，時(shí)間已過去一個(gè)月，這些擬南芥種子和水稻種子的生長(zhǎng)情況如何？據(jù)介紹，截至目前，問天實(shí)驗(yàn)艙各有效載荷狀態(tài)良好、工作穩(wěn)定，隨艙發(fā)射科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在軌實(shí)驗(yàn)按計(jì)劃開展。載有實(shí)驗(yàn)樣品擬南芥種子和水稻種子的實(shí)驗(yàn)單元，已由航天員安裝至問天實(shí)驗(yàn)艙的生命生態(tài)通用實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，目前植物已經(jīng)發(fā)芽生長(zhǎng)。
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(zhàn)是微重力環(huán)境。
中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（以下簡(jiǎn)稱“分子植物卓越中心”）鄭慧瓊研究團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理”生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。
鄭慧瓊表示，本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將聚焦3個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題：微重力怎樣影響開花？微重力影響植物開花的分子機(jī)理是什么？能否利用微重力環(huán)境作用來控制植物的開花？
“開花是植物結(jié)出新一代種子的前提。農(nóng)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(zhǎng)期空間探索的糧食保障問題，這些基礎(chǔ)探索必不可少。”鄭慧瓊說。
實(shí)際上，從20世紀(jì)50年代發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，如何利用植物保障人類在地外環(huán)境中生存所需要的食物、氧氣和純凈水，就成為空間生命科學(xué)最為關(guān)注的問題。
當(dāng)前，科學(xué)家們的研究重點(diǎn)逐漸由對(duì)植物幼苗階段的研究擴(kuò)展至種子生產(chǎn)研究。但是，目前只有油菜、小麥和豌豆少數(shù)幾種作物在空間完成了從種子到種子的實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，在空間條件下，植物開花時(shí)間延遲、開花數(shù)目少、種子結(jié)實(shí)率低和種子質(zhì)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(fā)育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)——開花的調(diào)控機(jī)理，為改進(jìn)空間植物培養(yǎng)技術(shù)和探索更多適應(yīng)空間生命保障要求的糧食作物生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
高稈水稻幼苗已長(zhǎng)至30厘米左右
7月28日，載有實(shí)驗(yàn)樣品擬南芥種子和水稻種子的實(shí)驗(yàn)單元，由航天員安裝至問天實(shí)驗(yàn)艙的生命生態(tài)通用實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，通過地面程序注入指令，于7月29日啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。“隨后，航天員又開展了擬南芥和水稻種子的注水，開始在軌實(shí)驗(yàn)，溫度、濕度、光照控制正常。”鄭慧瓊說，“通過下行的圖像數(shù)據(jù)分析判斷，目前，擬南芥幼苗已長(zhǎng)出多片葉子，高稈水稻幼苗已長(zhǎng)至30厘米左右，矮稈水稻也有5—6厘米，生長(zhǎng)狀態(tài)良好。”
本次空間實(shí)驗(yàn)樣品擬南芥和水稻是兩種模式植物。擬南芥代表雙子葉、長(zhǎng)日照、十字花科植物，青菜、油菜等蔬菜屬于十字花科。水稻屬于單子葉、短日照、禾本科植物，小麥、玉米等糧食類作物屬于禾本科。
科研團(tuán)隊(duì)表示，后續(xù)還將完成擬南芥和水稻在空間“從種子到種子”全生命周期的實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)過程中由航天員采集樣品、冷凍保存，最終隨航天員返回地面進(jìn)行分析。“我們的計(jì)劃是航天員返回前10—15天采集種子，航天員返回時(shí)帶回來。”鄭慧瓊說。
鄭慧瓊說：“希望通過本次研究，在國(guó)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(yǎng)實(shí)驗(yàn)，并獲得水稻培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)，為進(jìn)一步解析空間微重力對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響及分子基礎(chǔ)、利用水稻進(jìn)行空間糧食生產(chǎn)提供重要理論指導(dǎo)。”
同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)希望通過轉(zhuǎn)錄組分析比較擬南芥和水稻兩種模式植物，在空間環(huán)境中開花途徑關(guān)鍵基因的表達(dá)及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的變化，可以解析空間微重力條件下長(zhǎng)日照和短日照植物開花的分子機(jī)理，為進(jìn)一步創(chuàng)制適應(yīng)空間環(huán)境的作物和開發(fā)利用空間微重力環(huán)境資源提供理論依據(jù)。
問天實(shí)驗(yàn)艙載荷狀態(tài)良好
7月24日14時(shí)22分，問天實(shí)驗(yàn)艙在我國(guó)文昌航天發(fā)射場(chǎng)成功發(fā)射。問天實(shí)驗(yàn)艙是中國(guó)空間站第二個(gè)艙段，也是首個(gè)科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙，上面搭載了生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜等科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜。
中科院空間應(yīng)用中心研究員、載人航天工程空間應(yīng)用系統(tǒng)問天實(shí)驗(yàn)艙主任設(shè)計(jì)師趙黎平介紹，截至目前，各有效載荷狀態(tài)良好、工作穩(wěn)定。
“科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜初始狀態(tài)設(shè)置、基本功能測(cè)試正常，在軌測(cè)試有序開展；隨艙發(fā)射科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在軌實(shí)驗(yàn)按計(jì)劃開展；空間環(huán)境保障及時(shí)有力；地面系統(tǒng)運(yùn)行高效穩(wěn)定；后續(xù)各項(xiàng)工作安排有序推進(jìn)。”趙黎平說。
趙黎平介紹，航天員于7月28日完成了生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜通用生物培養(yǎng)模塊解鎖、狀態(tài)設(shè)置、輻射測(cè)量模塊和植物培養(yǎng)單元安裝。8月8日和8月12日，航天員完成了變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、科學(xué)手套箱、低溫存儲(chǔ)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜的解鎖和組裝。組裝完成后，變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、科學(xué)手套箱、低溫存儲(chǔ)裝置開展了既定的在軌測(cè)試內(nèi)容，通過下行遙測(cè)數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)判斷，相關(guān)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜及科學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)工作正常，載荷狀態(tài)良好。
問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射后，空間環(huán)境保障分系統(tǒng)24小時(shí)監(jiān)測(cè)空間環(huán)境的變化情況。根據(jù)目前空間環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，近期太陽(yáng)活動(dòng)水平極低到低，地磁活動(dòng)以平靜至微擾為主，有利于空間站各項(xiàng)在軌工作的開展。
問天實(shí)驗(yàn)艙為科研人員在太空進(jìn)行更多科學(xué)實(shí)驗(yàn)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說：“現(xiàn)在有了問天實(shí)驗(yàn)艙可以更長(zhǎng)時(shí)間地培養(yǎng)植物，這就給我們這次選取糧食作物——水稻培養(yǎng)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(zhǎng)。”
