中科院科学家解密中国空间站问天实验舱植物全生命周期实验——

“从种子到种子”的期待

　　微重力条件下水稻的生长发育情况。

　　8月29日，载人航天工程空间应用暨空间站高等植物培养实验阶段性进展发布会举办。发布会上，中科院空间应用中心研究员、载人航天工程空间应用系统问天实验舱主任设计师赵黎平解密，由问天实验舱带到中国空间站的拟南芥种子和水稻种子已经“满月”，在神舟十四号航天员的照料下长势良好。这也是国际上首次对水稻在空间站开展“从种子到种子”全生命周期的培养研究。

　　中国科学院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼研究员介绍说，本次空间实验样品拟南芥和水稻是两种模式植物。拟南芥代表双子叶、长日、十字花科植物，很多蔬菜，比如青菜、油菜等都属于十字花科。而水稻代表单子叶、短日、禾本科植物，很多粮食类作物，比如小麦、玉米等都属于禾本科。本项目主要研究空间微重力条件下，拟南芥和水稻的开花调控的分子机理。

　　从20世纪50年代人类发射第一颗人造地球卫星以来，如何利用植物保障人类在地外环境中生存所需要的食物、氧气和纯净水，成为空间生命科学最为关注的问题。近十多年来，随着重返月球、登陆火星、建立月球或火星基地成为人类空间探索的重要目标，建立以植物为基础的空间生物再生生命支持系统，成了新的研究热点。

　　在过去60多年中，科学家们对于在空间种植和栽培植物进行了大量的研究，在各种空间飞行器中进行了20多种植物的培养实验。早期人们的空间植物培养实验主要目标是如何在空间环境中养活植物，使其能够萌发、生长、开花和产生种子，如今这些目标都一一实现了。一些基本的空间植物生物学问题，如植物的向性生长，根的形成、萌发，种子成分，基因和蛋白质的表达变化等，也在此过程得到了较为深入的研究。

　　在太空培育植物有多难？郑慧琼说，进入太空失重环境，不仅航天员会出现“太空综合症”，植物的生长也会面临“太空综合症”。此次太空水稻就出现了“方向乱”“吐水多”“开花晚”等“症状”。目前，拟南芥幼苗已长出了多片叶子，高秆水稻幼苗已长至30厘米左右高，矮秆水稻也有5～6厘米高。但是相比于在地面，太空植物的生长速度还要慢一些。后续将完成拟南芥和水稻在空间“从种子到种子”全生命周期的实验，并在实验过程中由航天员采集样品、冷冻保存，最终随航天员返回地面进行分析。

　　农作物的种子既是粮食，也是繁殖下一代的载体。

　　随着载人深空探测的深入发展，必须要解决在空间生产粮食这一难题。未来的太空作物生产必须要在完全封闭的人造环境中进行，种植空间和能源供给都十分稀缺。因此，太空种植的农作物必须具备高产优质、高生产效率和低能源消耗的要求。

　　郑慧琼表示，希望通过本次研究，在国际上首次完成空间微重力条件下水稻“从种子到种子”全生命周期的培养实验，并获得水稻培养的关键环境参数，为进一步解析空间微重力对水稻生长发育的影响，利用水稻进行空间粮食生产提供重要理论指导。同时，通过转录组分析比较拟南芥和水稻两种模式植物在空间环境中开花途径关键基因的表达及其调控网络的变化，解析空间微重力条件下长日和短日植物开花的分子机理，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。（本报记者 安普忠 贺逸舒 王凌硕 图片由中国科学院分子植物科学卓越创新中心提供）