鄭慧瓊介紹，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。利用空間微重力進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)，而主要糧食作物水稻，此前尚沒有能夠在空間完成全生命周期的培養(yǎng)。”

而模式植物擬南芥主要承擔(dān)了“開花”部分的研究。鄭慧瓊說：“開花是結(jié)種子的前提，我們利用模式植物擬南芥，系統(tǒng)地研究了空間微重力對植物開花的影響。”

水稻和擬南芥的太空之旅經(jīng)歷了什么

鄭慧瓊介紹，在軌實驗從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，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，航天員在軌進行了三次樣品采集——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，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。

鄭慧瓊說，本次主要完成了三項空間實驗內(nèi)容。第一，在軌完成了水稻從種子萌發(fā)、幼苗生長、抽穗和結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)實驗，并通過獲取圖像進行分析。第二，完成了剪株后空間再生稻成功培育并結(jié)出了成熟的種子(二茬)。第三，在軌完成擬南芥種子萌發(fā)、幼苗生長和不同三個生物鐘調(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。

如今，樣品已經(jīng)轉(zhuǎn)運至位于上海的中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，做進一步檢測分析。

實驗有哪些初步發(fā)現(xiàn)

通過對空間獲取的圖像分析，并與地面對照比較，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。科學(xué)家們已經(jīng)得到了一些初步發(fā)現(xiàn)：

首先，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動在空間更為凸顯。

其次，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。鄭慧瓊說：“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以獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)種子方面都有重要作用，此過程受到基因表達的調(diào)控，后續(xù)將利用返回樣品進一步分析。”

再次，在空間進行再生稻實驗并獲得再生稻的種子。鄭慧瓊說：“從剪株20天后就可以再生出兩個稻穗，說明空間狹小的封閉環(huán)境中再生稻是可行的，這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)。”

最后，首次對空間生物鐘調(diào)控光周期開花的關(guān)鍵基因進行研究。利用基因突變和轉(zhuǎn)基因的方法，構(gòu)建了三種不同開花時間的擬南芥，分別是：提前開花，延遲開花和正常開花(野生型)。鄭慧瓊介紹，通過對空間擬南芥生長發(fā)育的圖譜觀察與分析，發(fā)現(xiàn)開花關(guān)鍵基因?qū)ξ⒅亓Φ捻憫?yīng)與地面有明顯的差異，其中在地面提早開花的擬南芥在微重力條件下開花時間也大大延長。“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對于維持擬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，為今后利用改造開花基因來促進植物適應(yīng)空間微重力環(huán)境提供了新方向。后續(xù)研究團隊將進一步利用返回材料對擬南芥適應(yīng)空間環(huán)境的分子基礎(chǔ)進行深入解析。”

(本報記者 齊芳 顏維琦)（來源：光明日報）