植物開(kāi)花結(jié)果離不開(kāi)地球上的環(huán)境，進(jìn)入太空后，它們將如何生長(zhǎng)？

(資料圖片僅供參考)

在過(guò)去六十多年中，科學(xué)家們對(duì)于在空間種植和栽培植物進(jìn)行了大量的研究，在各種空間飛行器中進(jìn)行了20多種植物的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。早期人們的空間植物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)主要目標(biāo)是如何在空間環(huán)境中養(yǎng)活植物，使其能夠萌發(fā)、生長(zhǎng)、開(kāi)花和產(chǎn)生種子，如今這些目標(biāo)都一一實(shí)現(xiàn)了。

雖然現(xiàn)在科學(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，不過(guò)范圍主要是油菜、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)，因此，仍然需要更多實(shí)驗(yàn)來(lái)研究如何控制植物發(fā)育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)開(kāi)花的調(diào)控機(jī)理，為改進(jìn)空間植物培養(yǎng)技術(shù)和探索更多的適應(yīng)空間生命保障要求的糧食作物生產(chǎn)提供指導(dǎo)。

隨著我國(guó)載人航天事業(yè)的發(fā)展，也為更進(jìn)一步的空間生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了可能。

金葉子／攝

植物患“航天綜合征”后怎么生長(zhǎng)？

7月24日，我國(guó)空間站問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙成功發(fā)射并與天和核心艙交會(huì)對(duì)接，問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙搭載了生命生態(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。中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（下稱“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(kāi)花調(diào)控的分子機(jī)理”生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

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(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙的生命生態(tài)通用實(shí)驗(yàn)?zāi)K中，通過(guò)地面程序注入指令于7月29日啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)。

金葉子／攝

分子植物卓越中心研究員，問(wèn)天艙“微重力條件下高等植物開(kāi)花調(diào)控的分子機(jī)理”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人鄭慧瓊對(duì)第一財(cái)經(jīng)在內(nèi)的媒體介紹，該項(xiàng)目主要研究空間微重力條件下，擬南芥和水稻的開(kāi)花調(diào)控的分子機(jī)理。“開(kāi)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。隨著載人深空探測(cè)的發(fā)展深入，比如登陸火星，要想真正解決人類長(zhǎng)期空間探索的糧食保障問(wèn)題，不可能單純依靠從地球上攜帶糧食來(lái)滿足航天員長(zhǎng)期的空間生活和工作需求，必須要解決在空間生產(chǎn)糧食這一難題。

目前，該項(xiàng)目已成功啟動(dòng)了擬南芥和水稻的種子萌發(fā)，擬南芥幼苗已長(zhǎng)出多片葉子，高稈水稻幼苗已長(zhǎng)至30厘米左右高，矮桿水稻也有5-6厘米高，生長(zhǎng)狀態(tài)良好，后續(xù)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(guò)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。

和人進(jìn)入太空后一樣，植物也會(huì)有一些“航天綜合癥”，那么在空間中，高等植物如何從種子到種子？

這個(gè)項(xiàng)目聚焦微重力怎樣影響開(kāi)花、微重力影響植物開(kāi)花的分子機(jī)理是什么、能否利用微重力環(huán)境作用來(lái)控制植物的開(kāi)花這三個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，通過(guò)分析比較微重力在植物開(kāi)花過(guò)程中的作用，獲取微重力調(diào)控開(kāi)花的分子基礎(chǔ)與關(guān)鍵基因的表達(dá)變化，進(jìn)一步解析空間微重力條件下長(zhǎng)日和短日植物開(kāi)花基因表達(dá)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及二者在植物對(duì)空間環(huán)境適應(yīng)性中的作用機(jī)理。

鄭慧瓊表示，希望通過(guò)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)。

中科院院士、分子植物卓越中心主任韓斌接受第一財(cái)經(jīng)記者采訪時(shí)表示，雖然空間中植物從種子到種子的實(shí)驗(yàn)2016年就完成了，不過(guò)是十字花科的植物，當(dāng)時(shí)條件也有限。現(xiàn)在有了問(wèn)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)提供可能。特別是看它在微重力、密閉的條件下種如何生長(zhǎng)。“種子的遺傳穩(wěn)定性還連續(xù)著很多代，所以這個(gè)研究的意義就在于它是一個(gè)全新的環(huán)境來(lái)研究它的生長(zhǎng)規(guī)律。”

圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心

問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙提供了更多空間

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)柜的問(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙，如今運(yùn)行情況如何？

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(wèn)天實(shí)驗(yàn)艙主任設(shè)計(jì)師趙黎平對(duì)第一財(cái)經(jīng)在內(nèi)的媒體介紹，截至目前，各有效載荷狀態(tài)良好、工作穩(wěn)定。

具體來(lái)看，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(kāi)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(kāi)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)裝置、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(kāi)展了既定的在軌測(cè)試內(nèi)容，通過(guò)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。

7月28日，航天員完成了生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜科學(xué)實(shí)驗(yàn)單元（含實(shí)驗(yàn)樣品）在通用生物培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的安裝，隨后開(kāi)展擬南芥和水稻種子的注水，開(kāi)始在軌實(shí)驗(yàn)，溫度、濕度、光照控制正常。通過(guò)下行的圖像數(shù)據(jù)分析判斷，水稻和擬南芥種子萌發(fā)后生長(zhǎng)狀態(tài)正常，后續(xù)按計(jì)劃開(kāi)展培養(yǎng)和在軌實(shí)驗(yàn)。8月-10月，開(kāi)展生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜在軌實(shí)驗(yàn)，生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜、生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜定期模塊巡檢，以及變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、科學(xué)手套箱與低溫存儲(chǔ)柜在軌測(cè)試。

“我們的計(jì)劃是航天員返回前10~15天來(lái)采集這個(gè)種子，最后返回的時(shí)候航天員再帶回來(lái)。”鄭慧瓊說(shuō)。