在太空培育的水稻回到地球！科学家首次在空间尝试再生稻技术

　　作者/金叶子

　　在太空的植物如何生长？神舟十四号带回了答案。

　　12月4日晚，神舟十四号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。第一财经从中国科学院获悉，4日当天，随舱下行的载人空间站第三批空间科学实验样品在着陆场交付空间应用系统，并于5日凌晨返回北京，顺利交接相关实验科学家。

　　返回的样品包括3个生物样品冷包和1个无容器样品袋，其中3个生物样品冷包装载的是水稻和拟南芥的实验样品，无容器样品袋中为4盒无容器材料实验样品。其中，水稻和拟南芥种子经历了120天的空间培育生长，完成了从种子到种子的发育全过程，是国际上首次在轨获得水稻种子。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。

　　作为人类主要的粮食作物，水稻养活了世界上近一半的人口，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。利用空间微重力进行水稻育种也是空间植物学研究的重要方向之一。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。但是，之前国际上在空间只完成了拟南芥、油菜、豌豆和小麦从种子到种子的培养，而主要粮食作物水稻，此前尚没有能够在空间完成水稻全生命周期的培养。

　　和人进入太空后一样，植物也会有一些“航天综合症”，那么在空间中，高等植物如何从种子到种子？

　　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”，在国际上首次开展了水稻从种子到种子全生命周期空间培养实验。同时，开花是结种子的前提，研究团队利用模式植物拟南芥，也系统地研究了空间微重力对植物开花的影响。

　　从今年7月29日注入营养液启动实验，至11月25日结束实验，本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。期间航天员在轨进行了三次样品采集。

　　郑慧琼此前对第一财经在内的媒体介绍，该项目主要研究空间微重力条件下，拟南芥和水稻的开花调控的分子机理。“开花”是植物结出新一代种子的前提。农作物的种子既是粮食，也是繁殖下一代的载体。随着载人深空探测的发展深入，比如登陆火星，要想真正解决人类长期空间探索的粮食保障问题，不可能单纯依靠从地球上携带粮食来满足航天员长期的空间生活和工作需求，必须要解决在空间生产粮食这一难题。

　　“希望通过本次研究，在国际上首次完成空间微重力条件下水稻从‘种子到种子’全生命周期的培养实验，并获得水稻培养的关键环境参数，为进一步解析空间微重力对水稻生长发育的影响及分子基础，利用水稻进行空间粮食生产提供重要理论指导。”郑慧琼告诉记者。

　　按计划，在北京交接样品后，从太空返回的样本将转运至上海实验室中做进一步检测分析。研究人员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。

　　据分子植物科学卓越创新中心介绍，本次空间项目主要完成的实验内容有几个，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、幼苗生长和不同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，研究团队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。

　　实验也有一些初步的发现，比如在空间进行再生稻实验并获得再生稻的种子。从剪株20天后就可以再生出了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。

　　另外，水稻空间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。