問天實驗艙開展擬南芥和水稻“從種子到種子”全生命周期實驗
在中國空間站種植物(科技自立自強)
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7月24日，中國空間站首個科學實驗艙問天實驗艙成功進入太空，隨后，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元正式啟動實驗。這也是國際上首次對水稻在空間站“從種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)研究。一個月過去了，植物在空間站生長情況如何？微重力如何影響植物開花？這些發(fā)現(xiàn)將為探索更多適應空間生命保障要求的糧食作物生產(chǎn)提供指導。
8月29日，載人航天工程空間應用暨空間站高等植物培養(yǎng)實驗階段性進展情況介紹會在北京和上海兩地舉行。
7月29日，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元在中國空間站問天實驗艙正式啟動實驗。這也是國際上首次對水稻在空間站“從種子到種子”全生命周期的培養(yǎng)研究。
如今，時間已過去一個月，這些擬南芥種子和水稻種子的生長情況如何？據(jù)介紹，截至目前，問天實驗艙各有效載荷狀態(tài)良好、工作穩(wěn)定，隨艙發(fā)射科學實驗項目在軌實驗按計劃開展。載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元，已由航天員安裝至問天實驗艙的生命生態(tài)通用實驗模塊中，目前植物已經(jīng)發(fā)芽生長。
探索微重力怎樣影響和控制植物開花
在空間站，植物面臨的最大挑戰(zhàn)是微重力環(huán)境。
中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心(以下簡稱“分子植物卓越中心”)鄭慧瓊研究團隊承擔了“微重力條件下高等植物開花調(diào)控的分子機理”生命科學實驗項目。
鄭慧瓊表示，本次實驗項目將聚焦3個關鍵科學問題：微重力怎樣影響開花？微重力影響植物開花的分子機理是什么？能否利用微重力環(huán)境作用來控制植物的開花？
“開花是植物結(jié)出新一代種子的前提。農(nóng)作物的種子既是糧食，也是繁殖下一代的載體。想要真正解決人類長期空間探索的糧食保障問題，這些基礎探索必不可少?！编嵒郗傉f。
實際上，從20世紀50年代發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，如何利用植物保障人類在地外環(huán)境中生存所需要的食物、氧氣和純凈水，就成為空間生命科學最為關注的問題。
當前，科學家們的研究重點逐漸由對植物幼苗階段的研究擴展至種子生產(chǎn)研究。但是，目前只有油菜、小麥和豌豆少數(shù)幾種作物在空間完成了從種子到種子的實驗。同時，在空間條件下，植物開花時間延遲、開花數(shù)目少、種子結(jié)實率低和種子質(zhì)量下降等問題仍然沒有解決。因此，迫切需要研究如何控制植物發(fā)育的關鍵環(huán)節(jié)——開花的調(diào)控機理，為改進空間植物培養(yǎng)技術和探索更多適應空間生命保障要求的糧食作物生產(chǎn)提供指導。
高稈水稻幼苗已長至30厘米左右
7月28日，載有實驗樣品擬南芥種子和水稻種子的實驗單元，由航天員安裝至問天實驗艙的生命生態(tài)通用實驗模塊中，通過地面程序注入指令，于7月29日啟動實驗?！半S后，航天員又開展了擬南芥和水稻種子的注水，開始在軌實驗，溫度、濕度、光照控制正常?！编嵒郗傉f，“通過下行的圖像數(shù)據(jù)分析判斷，目前，擬南芥幼苗已長出多片葉子，高稈水稻幼苗已長至30厘米左右，矮稈水稻也有5—6厘米，生長狀態(tài)良好?！?/p>
本次空間實驗樣品擬南芥和水稻是兩種模式植物。擬南芥代表雙子葉、長日照、十字花科植物，青菜、油菜等蔬菜屬于十字花科。水稻屬于單子葉、短日照、禾本科植物，小麥、玉米等糧食類作物屬于禾本科。
科研團隊表示，后續(xù)還將完成擬南芥和水稻在空間“從種子到種子”全生命周期的實驗，并在實驗過程中由航天員采集樣品、冷凍保存，最終隨航天員返回地面進行分析。“我們的計劃是航天員返回前10—15天采集種子，航天員返回時帶回來?！编嵒郗傉f。
鄭慧瓊說：“希望通過本次研究，在國際上首次完成空間微重力條件下水稻‘從種子到種子’全生命周期的培養(yǎng)實驗，并獲得水稻培養(yǎng)的關鍵環(huán)境參數(shù)，為進一步解析空間微重力對水稻生長發(fā)育的影響及分子基礎、利用水稻進行空間糧食生產(chǎn)提供重要理論指導?！?/p>
同時，研究團隊希望通過轉(zhuǎn)錄組分析比較擬南芥和水稻兩種模式植物，在空間環(huán)境中開花途徑關鍵基因的表達及其調(diào)控網(wǎng)絡的變化，可以解析空間微重力條件下長日照和短日照植物開花的分子機理，為進一步創(chuàng)制適應空間環(huán)境的作物和開發(fā)利用空間微重力環(huán)境資源提供理論依據(jù)。
問天實驗艙載荷狀態(tài)良好
7月24日14時22分，問天實驗艙在我國文昌航天發(fā)射場成功發(fā)射。問天實驗艙是中國空間站第二個艙段，也是首個科學實驗艙，上面搭載了生命生態(tài)實驗柜、生物技術實驗柜等科學實驗柜。
中科院空間應用中心研究員、載人航天工程空間應用系統(tǒng)問天實驗艙主任設計師趙黎平介紹，截至目前，各有效載荷狀態(tài)良好、工作穩(wěn)定。
“科學實驗柜初始狀態(tài)設置、基本功能測試正常，在軌測試有序開展；隨艙發(fā)射科學實驗項目在軌實驗按計劃開展；空間環(huán)境保障及時有力；地面系統(tǒng)運行高效穩(wěn)定；后續(xù)各項工作安排有序推進?！壁w黎平說。
趙黎平介紹，航天員于7月28日完成了生命生態(tài)實驗柜通用生物培養(yǎng)模塊解鎖、狀態(tài)設置、輻射測量模塊和植物培養(yǎng)單元安裝。8月8日和8月12日，航天員完成了變重力科學實驗柜、科學手套箱、低溫存儲柜、生物技術實驗柜的解鎖和組裝。組裝完成后，變重力科學實驗柜、科學手套箱、低溫存儲裝置開展了既定的在軌測試內(nèi)容，通過下行遙測數(shù)據(jù)和工程數(shù)據(jù)判斷，相關科學實驗柜及科學實驗系統(tǒng)工作正常，載荷狀態(tài)良好。
問天實驗艙發(fā)射后，空間環(huán)境保障分系統(tǒng)24小時監(jiān)測空間環(huán)境的變化情況。根據(jù)目前空間環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，近期太陽活動水平極低到低，地磁活動以平靜至微擾為主，有利于空間站各項在軌工作的開展。
問天實驗艙為科研人員在太空進行更多科學實驗提供了更大空間和可能。中科院院士、分子植物卓越中心主任韓斌說：“現(xiàn)在有了問天實驗艙可以更長時間地培養(yǎng)植物，這就給我們這次選取糧食作物——水稻培養(yǎng)提供了可能。特別是看它在微重力、密閉的條件下種子如何生長。”
本報記者 吳月輝 余建斌 黃曉慧