12月4日，中國空間站的水稻和擬南芥實(shí)驗(yàn)樣品隨神舟十四號載人飛船返回艙返回地面。至此，中國科學(xué)家在國際上首次完成了水稻“從種子到種子”全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。按計劃，水稻實(shí)驗(yàn)樣品在北京交接后，將轉(zhuǎn)運(yùn)至上海實(shí)驗(yàn)室做進(jìn)一步檢測分析。

【資料圖】

太空里種主糧

水稻是人類主要糧食作物之一，養(yǎng)活了世界上近一半的人口，也是未來載人深空探測生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。利用空間微重力進(jìn)行水稻育種是空間植物學(xué)研究的重要方向之一。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，就必須保證植物能夠在空間完成世代交替，成功繁殖種子。

但是，國際上之前在空間只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥從種子到種子的培養(yǎng)，而作為主要糧食作物的水稻，此前未能在空間完成全生命周期培養(yǎng)。

在我國空間站生命科學(xué)項目中，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊團(tuán)隊承擔(dān)了“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機(jī)理”項目，在國際上首次開展水稻從種子到種子全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。同時，由于開花是結(jié)種子的前提，研究團(tuán)隊還利用模式植物擬南芥，系統(tǒng)研究了空間微重力對植物開花的影響。

在軌“養(yǎng)”了120天

從7月29日注入營養(yǎng)液啟動實(shí)驗(yàn)，至11月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn)，該項目共在軌開展實(shí)驗(yàn)120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。

其間，航天員在軌進(jìn)行了3次樣品采集，包括9月21日孕穗期水稻樣品采集、10月12日擬南芥開花期樣品采集，以及11月25日水稻和擬南芥種子成熟期樣品采集。采集后，開花或孕穗期樣品保存于-80℃低溫存儲柜中，種子成熟期樣品保存于4℃低溫存儲柜中，并于12月4日隨神舟十四號返回地面。

本次空間項目，在軌完成了水稻從種子萌發(fā)、幼苗生長、抽穗到結(jié)籽全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，并通過獲取圖像進(jìn)行分析；完成了剪株后空間再生稻成功培育并結(jié)出成熟種子（二茬）；完成了擬南芥種子萌發(fā)、幼苗生長和3個不同生物鐘調(diào)控的開花關(guān)鍵基因?qū)臻g微重力響應(yīng)的圖像觀察分析，并在軌采集了樣品。

已有一些新發(fā)現(xiàn)

通過對空間獲取的圖像進(jìn)行分析，并與地面對照比較，科研人員發(fā)現(xiàn)，空間微重力對水稻的多種農(nóng)藝性狀，包括株高、分蘗數(shù)、生長速率、水分調(diào)控、對光反應(yīng)、開花時間、種子發(fā)育過程及結(jié)實(shí)率等有多方面影響。

實(shí)驗(yàn)初步發(fā)現(xiàn)，在微重力環(huán)境下，水稻株型在空間變得更為松散，主要是莖葉夾角變大；矮稈水稻變得更矮，高稈水稻的高度沒有受到明顯影響。此外，生物鐘控制的水稻葉片生長螺旋上升運(yùn)動在空間更為凸顯。

科研人員還發(fā)現(xiàn)，水稻空間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(guān)閉。對于具體原因，科研人員表示，開花時間和穎殼閉合均是水稻的重要農(nóng)藝性狀，二者在保障植物充分生殖生長、獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子方面都有重要作用，此過程受到基因表達(dá)調(diào)控，后續(xù)他們還將對返回樣品做進(jìn)一步分析。

與此同時，他們還在空間站成功開展了再生稻實(shí)驗(yàn)，并獲得了再生稻的種子?？蒲腥藛T發(fā)現(xiàn)，水稻從剪株20天后就可以再生出兩個稻穗，這說明在空間狹小的封閉環(huán)境中再生稻是可行的，為空間作物的高效生產(chǎn)提供了新的思路和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。該技術(shù)可以大大增加單位體積中的水稻產(chǎn)量，也是國際上首次在空間嘗試的再生稻技術(shù)。

此外，科研人員還首次對空間生物鐘調(diào)控光周期開花的關(guān)鍵基因進(jìn)行了研究。利用基因突變和轉(zhuǎn)基因的方法，他們構(gòu)建了不同開花時間——提前開花、延遲開花和正常開花（野生型）的3種擬南芥。

通過對空間擬南芥生長發(fā)育圖譜的觀察與分析，研究人員發(fā)現(xiàn)，開花關(guān)鍵基因?qū)ξ⒅亓Φ捻憫?yīng)與地面有明顯差異，其中在地面提早開花的擬南芥在微重力條件下開花時間大大延長。此外，生物鐘基因突變后，空間擬南芥的下胚軸過度伸長，說明生物鐘基因表達(dá)對于維持?jǐn)M南芥在空間生長的正常形態(tài)和適應(yīng)空間環(huán)境非常重要，為今后利用和改造開花基因促進(jìn)植物適應(yīng)空間微重力環(huán)境提供了新方向。

科研人員表示，后續(xù)研究團(tuán)隊將進(jìn)一步利用返回樣品對擬南芥適應(yīng)空間環(huán)境的分子基礎(chǔ)進(jìn)行深入解析。（記者 倪思潔）