受到空间微重力影响 完成全生命周期培养
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本报记者 樊 巍
据中国载人航天工程办公室消息，北京时间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。《环球时报》记者5日从中国科学院获悉，随返回舱下行的载人空间站第三批空间科学实验样品4日在着陆场交付空间应用系统，并于5日凌晨返回北京，经空间应用系统总体与相关实验人员检查后，确认返回实验样品完好后，目前顺利交接相关实验科学家。
据《环球时报》记者了解，返回的空间科学实验样品中包括此前长势喜人的水稻和拟南芥的实验样品。这两种植物的种子在太空中经历了120天的空间培育生长，完成了从种子到种子发育的全过程，其中，所收获的水稻种子是国际上首次在轨获得的水稻种子。
水稻作为人类主要的粮食作物，养活了世界上近一半的人口，被认为是未来载人深空探测生命支持系统的主要候选粮食作物。种子既是人类的粮食，也是繁殖下一代植物的载体，人类要在空间长期生存，就必须要保证植物能够在空间完成世代交替。成功繁殖种子，利用空间微重力进行水稻育种是空间植物学研究的重要方向之一。但在此之前，国际上在空间环境中只完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦从种子到种子的培养。主要粮食作物水稻，此前没有能够在空间完成全生命周期的培养。
在我国空间站生命科学项目中，中国科学院分子植物科学卓越创新中心郑慧琼研究团队承担了“微重力条件下高等植物开花调控的分子机理”项目，在国际上首次开展了水稻从种子到种子全生命周期培养实验。同时，研究团队还利用模式植物拟南芥，系统地研究了空间微重力对植物开花的影响。
从2022年7月29日注入营养液启动实验，至11月25日结束实验，该项目共在轨开展实验120天，完成了拟南芥和水稻种子萌发、幼苗生长、开花结籽全生命周期的培养实验。其间航天员在轨进行3次样品采集，包括9月21日孕穗期水稻样品采集，10月12日拟南芥开花期样品采集和11月25日水稻及拟南芥种子成熟期样品采集。
采集后，开花或孕穗期样品保存于零下80摄氏度低温存储柜中，种子成熟期样品保存于4摄氏度低温存储柜，样品于12月4日随神舟十四号返回地面。
本次空间项目主要完成的实验内容包括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；完成了剪株后空间再生稻成功培育并结出了成熟的种子（二茬）。在轨完成拟南芥种子萌发、幼苗生长和三个生物钟调控的开花关键基因对空间微重力响应的图像观察分析并在轨采集了样品。
通过对空间获取的图像分析，并与地面对照比较，发现空间微重力对水稻的多种农艺性状，包括株高、分蘖数、生长速率、水分调控、对光反应、开花时间、种子发育过程以及结实率等多方面的影响。实验初步发现水稻的株型在空间变得更为松散，主要是茎叶夹角变大；矮杆水稻变得更矮，高秆水稻的高度没有受到明显的影响。此外，生物钟控制的水稻叶片生长螺旋上升运动在空间更为凸显。
此外，水稻在空间环境中开花时间比地面略有提前，但是灌浆时间延长了10多天，大部分颖壳不能关闭。开花时间和颖壳闭合均是水稻的重要农艺性状，二者在保障植物充分的生殖生长，获得高产优质种子方面都有重要作用，此过程受到基因表达的调控，后续将利用返回样品进一步分析。
此次实验还在空间环境中进行再生稻实验并获得再生稻的种子。从剪株20天后就可以再生出2个稻穗，说明空间狭小的封闭环境中再生稻是可行的，为空间作物的高效生产提供了新的思路和实验证据。该技术可以大大增加单位体积中的水稻产量，也是国际上首次在空间尝试的再生稻技术。
在轨期间，还首次对空间生物钟调控光周期开花的关键基因进行研究。利用基因突变和转基因的方法，构建了三种不同开花时间的拟南芥，分别是：提前开花，延迟开花和正常开花（野生型），通过对空间拟南芥生长发育的图谱观察与分析，发现开花关键基因对微重力的响应与地面有明显的差异，为今后利用改造开花基因来促进植物适应空间微重力环境提供了新方向。
目前，返回水稻和拟南芥样品一部分已做固定处理，水稻种子将带回中科院分子植物卓越中心实验室继续培养。科学家将对返回样品进行分子生物学、细胞学和代谢等相关分析,通过检测及分析研究，解析空间微重力对于拟南芥和水稻作用的规律和分子基础，为进一步创制适应空间环境的作物和开发利用空间微重力环境资源提供理论依据。▲
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