在太空中生長出來的水稻和地面上有啥不一樣?120天的空間培育,如何實(shí)現(xiàn)“從種子到種子”?這些樣本又是如何完好無損地帶回來的?這一成果將為進(jìn)一步開發(fā)適應(yīng)空間環(huán)境的作物提供怎樣的依據(jù)?未來在空間站還將開展哪些生命生態(tài)科學(xué)實(shí)驗(yàn)?
我們先來看看此次空間項(xiàng)目主要都完成了哪些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容?
一共有三項(xiàng),一是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(shí)驗(yàn)并通過獲取圖像進(jìn)行分析。
二是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,也就是二茬
三是在軌完成擬南芥種子萌發(fā)、幼苗生長和不同三個(gè)生物鐘調(diào)控的開花關(guān)鍵基因?qū)臻g微重力影響的圖像觀察分析并在軌采集了樣品。
微重力環(huán)境中生長的水稻有啥不一樣?
在太空中生長出來的水稻究竟是什么樣的?微重力環(huán)境中生長的“太空水稻”和地面上的相比又有什么不一樣?
通過對(duì)空間獲取的圖像分析,并與地面實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)照比較發(fā)現(xiàn),空間微重力對(duì)水稻的多種農(nóng)藝性狀,包括株高、生長速率、開花時(shí)間、種子發(fā)育過程等多方面都會(huì)產(chǎn)生影響。例如,水稻的株型在空間變得更為松散、開花時(shí)間比地面略有提前等。
中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊:之前在回傳圖像上,看到一些現(xiàn)象。但是,現(xiàn)在回來以后更加真切地看到重力對(duì)植物生長的影響,一個(gè)是根的生長方向,向下也有向上也有,向各個(gè)方向的生長,重力定向向下生長的這個(gè)在空間就消失了,所以看到莖上面長了很多根,另外在莖的結(jié)上面還發(fā)出了很多其他的側(cè)枝,這在地面也是沒有的,所以看出來水稻形態(tài)跟地面有很大的差別。
如何在太空達(dá)成水稻全生命周期培養(yǎng)?
此前國際上在空間站只完成了擬南芥、油菜、豌豆和小麥從種子到種子的培養(yǎng),沒有達(dá)成水稻全生命周期的培養(yǎng)。而我國不僅達(dá)成了水稻“從種子到種子”全生命周期空間站培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),而且還收獲了再生稻,稻穗數(shù)目也超出了實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的預(yù)期。這樣的成果是如何實(shí)現(xiàn)的呢?
這兩種實(shí)驗(yàn)種子跟隨問天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射升空后,從7月29日注入營養(yǎng)液啟動(dòng)實(shí)驗(yàn),到11月25日結(jié)束實(shí)驗(yàn),這一項(xiàng)目共在軌開展實(shí)驗(yàn)達(dá)120天。水稻和擬南芥種子都完成了萌發(fā)、幼苗生長、開花結(jié)籽全生命周期的培養(yǎng)。
中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊:升空之后,航天員就把這個(gè)實(shí)驗(yàn)單元安裝到問天艙實(shí)驗(yàn)柜的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜里面,生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜可以給植物提供光照,保持溫度和濕度并進(jìn)行氣體控制。上天之前它是干種子,在空間站中有一部分種子是自動(dòng)澆水的,一部分是航天員給澆水的。通過澆水,種子發(fā)芽、生長,然后再開花、結(jié)籽,這兩種植物都完成了全生命周期的培育??臻g環(huán)境對(duì)植物來講是巨大的逆境環(huán)境,因?yàn)樯际沁m應(yīng)地球重力的,沒有重力對(duì)植物來說是一個(gè)很大的挑戰(zhàn),植物跟人是一樣的。我們做了很多次試驗(yàn),給種子提供合適的水分和營養(yǎng),在品種上進(jìn)行一些改造,控制生長環(huán)境。例如,選用了對(duì)抗微重力比較厲害的、抗逆性和抗缺氧能力比較強(qiáng)的水稻品種。最重要的還是空間站的生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜,為這次更新的植物培養(yǎng)技術(shù)提供了非常好的培養(yǎng)環(huán)境。
對(duì)水稻和擬南芥樣品將開展哪些后續(xù)研究?
跟隨神十四乘組返回的水稻和擬南芥樣品已經(jīng)交付了科研機(jī)構(gòu),那么下一步,實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)又將如何針對(duì)這兩樣植物樣品開展研究呢?
目前,返回水稻和擬南芥樣品一部分已做固定處理,水稻種子將帶回實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)培養(yǎng)。
中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊:冷凍的植株,我們要進(jìn)行一些組學(xué)分析報(bào)告,它的轉(zhuǎn)錄組研究它的基因表達(dá)分析,還做一個(gè)蛋白質(zhì)組分析,這個(gè)蛋白質(zhì)它的變化,另外我們收到的這個(gè)種子,我們希望一方面能看到它后代的活力怎么樣,能不能萌發(fā),另一方面也希望看到它的營養(yǎng)物質(zhì)有沒有什么變化,后續(xù)也要做進(jìn)一步分析。
如何讓植物在空間站里享受充足光照?
在空間站里種植植物,這些植物是如何得到充足的光照呢?此次開展的實(shí)驗(yàn),植物是在問天艙的實(shí)驗(yàn)柜里培養(yǎng)的,無法接受太陽光的照射,但是實(shí)驗(yàn)柜里有人工光源,通過調(diào)控光源的強(qiáng)度和光譜,可以為植物提供充足的光照,滿足生長發(fā)育的需求,同時(shí)科學(xué)家還可以根據(jù)不同植物生長對(duì)光的不同要求,來設(shè)計(jì)相應(yīng)的光照條件。
太空環(huán)境完成植物生命周期種植有何難點(diǎn)?
在太空實(shí)驗(yàn)空間完成對(duì)植物生長周期所需要的環(huán)境控制,實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)面臨的最大難題又是什么呢?中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員 鄭慧瓊:要在非常狹小的這個(gè)空間,而且整個(gè)環(huán)境是人造環(huán)境,在人造環(huán)境里面把這個(gè)農(nóng)作物,給它完成整個(gè)全生命周期種植,是有非常大的難度的,保證每個(gè)發(fā)育階段都能通過,且能夠正常地生長,這個(gè)是最大的難點(diǎn),條件要求是非??量痰摹?/p>
為何選擇擬南芥與水稻進(jìn)入空間站培植?
專家告訴我們,過去六十多年中,科學(xué)家們對(duì)于在空間種植和栽培植物進(jìn)行了大量研究,在各種空間飛行器中進(jìn)行了數(shù)十種植物的培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)。那么此次,為何要選擇擬南芥與水稻的種子,在問天艙中進(jìn)行培植呢?
專家介紹,擬南芥代表蔬菜,水稻代表糧食作物,可為將來載人深空探測(cè)蔬菜和糧食生產(chǎn)提供理論支持。尤其是水稻,作為人類主要的糧食作物,也是未來載人深空探測(cè)生命支持系統(tǒng)的主要候選糧食作物。而人類要在太空長期生存,就必須要保證植物能夠在太空完成世代交替,成功繁殖種子。實(shí)驗(yàn)選擇的水稻也是分為兩種,一種是高稈,一個(gè)是矮稈,專家表示,高稈和矮稈的糧食產(chǎn)量也有所不同。