神十四乘组带回植物种子 “太空植物”生长有何奥秘?

发布时间:2022-12-08 04:40:23

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  一问到底丨神十四乘组带回植物种子 “太空植物”生长有何奥秘?

  12月4日20时09分,神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。随舱下行的中国空间站第三批空间科学实验样品也在着陆场交付空间应用系统,其中就包括经历了120天空间培育生长、完成发育全过程的水稻和拟南芥种子。此次空间科学实验,我国在国际上首次在轨完成了水稻从种子到种子的全生命周期培养,获得了水稻种子。

  在太空中生长出来的水稻和地面上有啥不一样?120天的空间培育,如何实现“从种子到种子”?这些样本又是如何完好无损地带回来的?这一成果将为进一步开发适应空间环境的作物提供怎样的依据?未来在空间站还将开展哪些生命生态科学实验?

  我们先来看看此次空间项目主要都完成了哪些实验内容?

  一共有三项,一是在轨完成了水稻从种子萌发、幼苗生长、抽穗和结籽全生命周期的培养实验并通过获取图像进行分析。

  二是完成了剪株后空间再生稻成功培育并结出了成熟的种子,也就是二茬

  三是在轨完成拟南芥种子萌发、幼苗生长和不同三个生物钟调控的开花关键基因对空间微重力影响的图像观察分析并在轨采集了样品。

  微重力环境中生长的水稻有啥不一样?

  在太空中生长出来的水稻究竟是什么样的?微重力环境中生长的“太空水稻”和地面上的相比又有什么不一样?

  通过对空间获取的图像分析,并与地面实验进行对照比较发现,空间微重力对水稻的多种农艺性状,包括株高、生长速率、开花时间、种子发育过程等多方面都会产生影响。例如,水稻的株型在空间变得更为松散、开花时间比地面略有提前等。

  中科院分子植物科学卓越创新中心研究员 郑慧琼:之前在回传图像上,看到一些现象。但是,现在回来以后更加真切地看到重力对植物生长的影响,一个是根的生长方向,向下也有向上也有,向各个方向的生长,重力定向向下生长的这个在空间就消失了,所以看到茎上面长了很多根,另外在茎的结上面还发出了很多其他的侧枝,这在地面也是没有的,所以看出来水稻形态跟地面有很大的差别。

  如何在太空达成水稻全生命周期培养?

  此前国际上在空间站只完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦从种子到种子的培养,没有达成水稻全生命周期的培养。而我国不仅达成了水稻“从种子到种子”全生命周期空间站培养实验,而且还收获了再生稻,稻穗数目也超出了实验团队的预期。这样的成果是如何实现的呢?

  这两种实验种子跟随问天实验舱发射升空后,从7月29日注入营养液启动实验,到11月25日结束实验,这一项目共在轨开展实验达120天。水稻和拟南芥种子都完成了萌发、幼苗生长、开花结籽全生命周期的培养。

  中科院分子植物科学卓越创新中心研究员 郑慧琼:升空之后,航天员就把这个实验单元安装到问天舱实验柜的生命生态实验柜里面,生命生态实验柜可以给植物提供光照,保持温度和湿度并进行气体控制。上天之前它是干种子,在空间站中有一部分种子是自动浇水的,一部分是航天员给浇水的。通过浇水,种子发芽、生长,然后再开花、结籽,这两种植物都完成了全生命周期的培育。空间环境对植物来讲是巨大的逆境环境,因为生命都是适应地球重力的,没有重力对植物来说是一个很大的挑战,植物跟人是一样的。我们做了很多次试验,给种子提供合适的水分和营养,在品种上进行一些改造,控制生长环境。例如,选用了对抗微重力比较厉害的、抗逆性和抗缺氧能力比较强的水稻品种。最重要的还是空间站的生命生态实验柜,为这次更新的植物培养技术提供了非常好的培养环境。

  对水稻和拟南芥样品将开展哪些后续研究?

  跟随神十四乘组返回的水稻和拟南芥样品已经交付了科研机构,那么下一步,实验团队又将如何针对这两样植物样品开展研究呢?

  目前,返回水稻和拟南芥样品一部分已做固定处理,水稻种子将带回实验室继续培养。

  中科院分子植物科学卓越创新中心研究员 郑慧琼:冷冻的植株,我们要进行一些组学分析报告,它的转录组研究它的基因表达分析,还做一个蛋白质组分析,这个蛋白质它的变化,另外我们收到的这个种子,我们希望一方面能看到它后代的活力怎么样,能不能萌发,另一方面也希望看到它的营养物质有没有什么变化,后续也要做进一步分析。

  如何让植物在空间站里享受充足光照?

  在空间站里种植植物,这些植物是如何得到充足的光照呢?此次开展的实验,植物是在问天舱的实验柜里培养的,无法接受太阳光的照射,但是实验柜里有人工光源,通过调控光源的强度和光谱,可以为植物提供充足的光照,满足生长发育的需求,同时科学家还可以根据不同植物生长对光的不同要求,来设计相应的光照条件。

  太空环境完成植物生命周期种植有何难点?

  在太空实验空间完成对植物生长周期所需要的环境控制,实验团队面临的最大难题又是什么呢?

  中科院分子植物科学卓越创新中心研究员 郑慧琼:要在非常狭小的这个空间,而且整个环境是人造环境,在人造环境里面把这个农作物,给它完成整个全生命周期种植,是有非常大的难度的,保证每个发育阶段都能通过,且能够正常地生长,这个是最大的难点,条件要求是非常苛刻的。

  为何选择拟南芥与水稻进入空间站培植?

  专家告诉我们,过去六十多年中,科学家们对于在空间种植和栽培植物进行了大量研究,在各种空间飞行器中进行了数十种植物的培养实验。那么此次,为何要选择拟南芥与水稻的种子,在问天舱中进行培植呢?

  专家介绍,拟南芥代表蔬菜,水稻代表粮食作物,可为将来载人深空探测蔬菜和粮食生产提供理论支持。尤其是水稻,作为人类主要的粮食作物,也是未来载人深空探测生命支持系统的主要候选粮食作物。而人类要在太空长期生存,就必须要保证植物能够在太空完成世代交替,成功繁殖种子。实验选择的水稻也是分为两种,一种是高秆,一个是矮秆,专家表示,高秆和矮秆的粮食产量也有所不同。(来源:央视新闻客户端)

【编辑:孙静波】

  

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