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白浪 設(shè)計

那些“上天”的水稻種子，又結(jié)出種子回來了！
北京時間2022年12月4日20時09分，神舟十四號載人飛船返回艙在東風(fēng)著陸場成功著陸。
澎湃新聞記者從中國科學(xué)院獲悉，當(dāng)天，隨艙下行的載人空間站第三批空間科學(xué)實驗樣品在著陸場交付空間應(yīng)用系統(tǒng)，并于12月5日凌晨返回北京，順利運(yùn)抵中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心，空間應(yīng)用系統(tǒng)總體與相關(guān)實驗人員進(jìn)行了實驗樣品基本狀態(tài)的檢查，確認(rèn)返回樣品完好后，順利交接相關(guān)實驗科學(xué)家。

圖1 水稻在問天艙生命生態(tài)實驗柜通用生物培養(yǎng)模塊中完成從種子到種子全生命周期不同發(fā)育階段代表性圖片。圖像上的數(shù)字表示注入營養(yǎng)液啟動實驗后的天數(shù)。本文圖片 中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心供圖

據(jù)了解，返回的樣品包括3個生物樣品冷包和1個無容器樣品袋，3個生物樣品冷包裝載的是水稻和擬南芥的實驗樣品。
其中，水稻和擬南芥種子經(jīng)歷了120天的空間培育生長，完成了從種子到種子的發(fā)育全過程，是國際上首次在軌獲得水稻種子。
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(xù)培養(yǎng)。
科學(xué)家將對返回樣品進(jìn)行分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)和代謝等相關(guān)分析，通過檢測及分析研究，解析空間微重力對于擬南芥和水稻作用的規(guī)律和分子基礎(chǔ)，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)。

中科院分子植物卓越中心鄭慧瓊研究員對返回水稻和擬南芥科學(xué)實驗樣品進(jìn)行分解與固化。中科院空間應(yīng)用中心 供圖

中科院分子植物卓越中心鄭慧瓊研究員對返回水稻和擬南芥科學(xué)實驗樣品進(jìn)行分解與固化。中科院空間應(yīng)用中心 供圖

中科院分子植物卓越中心鄭慧瓊研究員對返回水稻和擬南芥科學(xué)實驗樣品進(jìn)行分解與固化。中科院空間應(yīng)用中心 供圖

在軌開展實驗120天
水稻是人類主要的糧食作物，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。
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。
但是，之前國際上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)，主要糧食作物水稻，尚沒有能夠在空間完成水稻全生命周期的培養(yǎng)。
中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心鄭慧瓊研究團(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”，在國際上首次開展了水稻從種子到種子全生命周期培養(yǎng)實驗。同時，開花是結(jié)種子的前提，研究團(tuán)隊利用模式植物擬南芥，也系統(tǒng)地研究了空間微重力對植物開花的影響。
從2022年7月29日注入營養(yǎng)液啟動實驗，至11月25日結(jié)束實驗，本項目共在軌開展實驗120天，完成了擬南芥和水稻種子萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實驗。
期間航天員在軌進(jìn)行了三次樣品采集，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和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，并于12月4日樣品將隨神舟十四號返回地面。計劃在北京交接樣品后，轉(zhuǎn)運(yùn)至上海實驗室做進(jìn)一步檢測分析。
證明空間狹小封閉環(huán)境中再生稻可行性
令人欣喜的是，通過對空間獲取的圖像分析，并與地面對照比較，鄭慧瓊研究團(tuán)隊已經(jīng)獲得了一些發(fā)現(xiàn)。
該團(tuán)隊發(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)育過程以及結(jié)實率等多方面的影響。

圖2 空間再生水稻的過程圖像，圖中的時間為剪株后的天數(shù)。

圖3 空間水稻原生稻和再生稻圖片，顯示空間稻穗與穎殼張開的表型。

本次實驗初步發(fā)現(xiàn)，水稻的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的影響。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。
此外，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（圖1和圖3）。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的生殖生長是獲得高產(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)的調(diào)控，后續(xù)將利用返回樣品進(jìn)一步分析。
本次實驗在空間進(jìn)行再生稻實驗，并獲得再生稻的種子。
從剪株20天后就可以再生出了2個稻穗（圖2和圖3），說明空間狹小的封閉環(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驗證據(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)。